Получение окатышей из железорудных концентратов (стр. 2 )

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Какие факторы оказывают влияние на комкуемость шихты при изготовлении окатышей? Какие аппараты используются при производстве сырых окатышей? Как определяется прочность сырых окатышей?

ЛИТЕРАТУРА

Теоретические основы окомкования железорудных материалов. Изд-во «Металлургия», 1966 г, стр.66-80.

Работа 4

ОБЖИГ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАШЕЙ

(4 часа )

Сырые окатыши, поступающие в обжиговый агрегат, пред­ставляют собой спрессованные образцы шарообразной формы раз­личных размеров. Прочность сырых окатышей недостаточна для транспортировки их к плавильным агрегатам, поэтому для их упрочнения применяют высокотемпературный обжиг.

В промышленных условиях обжиг ведут в 4 стадии: сушка окатышей, нагрев их до температуры обжига, выдержка при тем­пературе обжига, охлаждение.

При сушке (400-600°С) в основном происходит удаление из окатышей воды. Слишком быстрая (высокотемпературная) сушка может привести в разрушению окатышей (так называемому "шоку") из-зa бурного выделение паров воды. Поэтому сушку, как правило, ведут при температуре ниже температуры "шока" окатышей.

При нагреве окатышей проходит ряд процессов, оказываю­щих заметное влияние на упрочнение окатышей: разложение карбонатов, окисление магнетита до гематита, реакции в твердой фазе между окислами железа, пустой породой и флюсом. При разложении карбонатов (CaCO3 MgCO3) из окатышей выделяется CO2, что несколько увеличивает их пористость. Образовавшиеся окислы кальция в магния реагируют с окислами железа и пустой породой, причем в качестве продуктов могут образоваться легкоплавкие соединения (например, феррит кальция CaFe2O4). Подобные соединения могут возникать при реакции магнетита с кремнеземом (Fe2SiO4- фаялит) Важным является завершение окисления магнетита до гематита в области умеренных температур (до 1100-1150°С), ибо высокотемпературное окис­ление из-за образования расплава протекает с пониженной скоростью, а незавершенность окисления определяет неодно­родность конечной структуры окатышей, что, в свою очередь, вызывает ухудшение качества окатышей.

Основным процессом, определяющим приобретение окаты­шами высокой прочности, является спекание разрозненных и слабо между собой связанных частиц шихты. Уплотнение образца, сближение частиц, их спекание с образованием общих гра­ниц и снижением поверхности пор - эти процессы обычно являются этапами спекания порошков - определяются термодинамическим стремлением системы мелких частиц к снижению общей поверх­ности частиц, и следовательно, суммарной поверхностной энергии. Эти явления аналогичны слиянию мелких капель жид­кости в одну большую, но протекают с гораздо меньшей ско­ростью. Скорость спекания связана, главным образом, с тран­спортом вещества к местам контакта между частицами, и следо­вательно, в основном определяется температурой обжига. С ростом температуры обжига скорость спекания, и следователь­но, упрочнения окатышей должна расти. Расплавление легко­плавких соединений, образующихся при твердофазных реакциях, меняет характеристики процесса упрочнения. Образующийся в небольшом (не более 20-25%) количестве жидкоподвижный гомо­генный расплав, смачивающий твердую фазу, значительно уско­ряет процесс спекания, заполняя поры, образуя новые границы и способствуя ускоренному переносу вещества в места кон­такта. В этих условиях прочность обожженного окатыша опреде­ляется совершенством границ между частицами и застывшим расплавом.

При образовании чрезмерного количества расплава, что имеет место при завышенной температуре обжига, прочность окатыша зависит от прочности застывшего расплава (связки), так как прочность связки много ниже прочности частиц окислов железа. Поэтому прочность окатиша в этом случае снижается, исходя из этого, следует предполагать экстремальную зависи­мость прочности от температуры обжига, что и наблюдается на практике.

Положительное влияние некоторого количества жидкой фазы на прочность окатышей свидетельствует также о воздей­ствии содержания железа и пустой породы в концентрате на прочность окатышей; при обжиге окатышей из очень богатых железом концентратов образуется малое количество расплава, что обусловливает невысокую прочность окатышей. Бедные по железу концентраты напротив при обжиге могут вызвать образование чрезмерной доли жидкой фазы, что также приводит к снижению прочности окатышей. Таким образом, с точки зрения получения высокой прочности окатышей, концентраты должны иметь опреде­ленный состав, который может характеризоваться для различ­ных условий 4-8% пустой породы (главным образом SiO2), ос­тальное - железо.

Кроме скорости сушки, скорости подогрева и завершен­ности окисления окатышей, температуры обжига шихты на проч­ность окатышей влияют, но в меньшей мере, и другие факторы. К ним следует отнести время обжига, скорость охлаждения я др.

В промышленных условиях обжиг окатышей ведут в шахтных печах, на конвейерных машинах и комбинированных установках "конвейерная машина - трубчатая печь". В Советском Союзе окатыши обжигают на конвейерных машинах площадью 108, 278 и 306 м2. Строятся машины площадью 520 м2. Конвейер­ные машины близки по конструкции агломерационным лентам, однако они на большей длине перекрыты обжиговыми горнами и отличаются системой тягодутьевых средств и наличием систе­мы газопотоков. Производительность конвейерных машин - 0,8-0,9 т/м2.час.

Основными металлургическими свойствами окатышей явля­ются их прочность после обжига ("холодная прочность"), проч­ность после восстановления ("горячая прочность") и восстановимость. Холодная прочность окатышей определяет возможность их транспортировки. Чаще всего прочностью окатышей считают их сопротивление при раздавливании на прессе (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема рычажного пресса: I - окатыш; 2 - стальные плиты; 3 - привод; 4 - система рычагов; 5 - проти­вовес; 6 – показывающее устройство

       В зависимости от размера окатышей раздавливающее усилие может приходиться на различную площадь, поэтому прочность определяют для окатышей определенного размера, чаще всего 14-16 мм. Испытанию подвергают 20-60 окатышей, определяя среднее значение. Кондиционными считаются окатыши, имеющие проч­ность выше 180-200 кг/ок. В последнее время, кроме испытания на сжатие, окатыши подвергают испытанию на истирание в специ­альных барабанах. Качество окатышей определяют по выходу фракции плюс 5 мм и минус 0,5 мм после испытаний.

Горячая прочность окатышей характеризует эффективность их проплавки в доменной печи. Если в восстановительных усло­виях окатыши быстро теряют прочность, то это может привести к разрушению окатышей с образованием мелкой рудной фракции (менее 0,5-0,1 мм), что резко снижает газопроницаемость столба шихты и увеличивает вынос пыли из нее. Прочность окатышей при восстановлении связана главным образом со струк­турой окатышей. Чем плотнее структура, чем ниже пористость окатышей, тем ниже скорость восстановления. При плотной структуре восстановление развивается в узкой периферийной зоне окатышей, а образующаяся на периферий металлическая фаза препятствует снижению прочности окатышей, При пористой струк­туре окатышей восстановление идет с высокой скоростью и во всем их объеме, что приводит к быстрому разрушению окатышей. Причины потери прочности окатышей при их восстановлении до настоящего времени до конца не установлены. Известно, что разупрочнение проявляется при восстановлении любых железо­рудных материалов - руд, агломератов, окатышей. Одной из вероятных причин разупрочнения является изменение объема кристаллической решетки при переходе одного типа окисла в другой. Особенно это проявляется при восстановлении гемати­та в магнетит. Поэтому в настоящее время предпринимаются попытки снизить количество гематита в железорудных материа­лах. Однако, если это практически достижимо при получении агломерата, то при производстве окатышей снижение их окисленности кроме конструктивных сложностей может привести из-за получения двухзонной структуры к снижению холодной прочности окатышей. Поэтому для роста горячей прочности окатышей це­лесообразно идти по пути получения окатышей с более плотной структурой, что приводит к снижению пористости и скорости восстановления. Между горячей прочностью, холодной прочностью и скоростью восстановления найдена следующая зависимость:

       (1)

где Рг - горячая прочность окатышей, кг/ок;

Рх - холодная прочность окатышей, кг/ок;

Q - средняя скорость восстановления к моменту до­стижения степени восстановления 10-20% ,% O2/мин;

k - константа, зависящая от типа и состава железо­рудного концентрата.

Повышению плотности структуры окатышей способствуют образование расплава в окатышах и повышение температуры об­жига. Этого можно добиться также путем получения более плот­ных сырых окатышей.

До настоящего времени нет стандартной методики опре­деления горячей прочности окатышей, в лабораторных условиях проще всего определять эту характеристику путем раздавливания на прессе окатышей, восстановленных до определенной степени (чаще всего до 10-30%). Эксперименты показали, что этой степени восстановления соответствует минимальная прочность окатышей.

Восстановимость окатышей, как правило, выше, чем у агломерата. Поэтому некоторое ее снижение для роста горя­чей прочности агломерата не должно существенно сказаться на эффективности проплавки окатышей в доменных вечах.

Целью лабораторной работы является знакомство с про­цессом обжига окатышей.

ЗАДАНИЕ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕРМОСТОЙКОСТИ ОКАТЫШЕЙ (ТЕМПЕРАТУРЫ «ШОКА»)

Порядок проведения работы

В тарельчатом грануляторе получить партию окатышей (см. описание лабораторной работа 3). 5-7 окатышей загру­жаются в муфельную печь, предварительно разогретую до температуры 400-800°С. Температуру, при кото­рой окатыши трескаются и разрываютсяt называют температурой «шоке» При этом число разрушившихся окатышей должно быть не менее 50%. Загрузка окатышей в печь и выгрузка их из печи ведется стальными щипцами. Следует надеть суконные рукавицы и фартук. Раскаленные окатыши извлеченные из печи, укладываются на лист асбеста.