1 Качество неофлюсованного и офлюсованного агломерата
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. Магний при кристаллизации входит в
решетку Ca2SiO4 и предотвращает полиморфное превращение β = Ca2SiO4 → γ–Ca2SiO4. При спекании криворожских руд с расходом коксовой мелочи (5—6 %) ввод в агломерат ~3 % MgO снижает выход мелочи (< 5 мм) после барабанного испытания с 22—25 до 17—20 %. В настоящее время доломитизированный известняк добавляют в агломерационную шихту на большинстве аглофабрик мира.
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 1200-1250С.
Кроме текстуры агломерата, на его прочность большое влияние оказывает и минералогический состав спека. Присутствие в кусках агломерата остатков шихты, гематита, магнетита, кварца, тюрингита значительно ослабляет кусок. Особенно вредно действуют включения известняка и извести. Известь гасится водой с образованием портландита, приводящим к разрушению куска агломерата. Из этого следует, что агломерационная шихта не должна содержать рудных частиц >8 мм и частиц известняка >3 мм. Вредное воздействие на прочность агломерата оказывает также присутствие в его структуре хрупкого стекла, в особенности двухкальциевого силиката. Последний при охлаждении куска агломерата (675 °С) претерпевает полиморфное превращение β = Ca2SiO4 → Ca2SiO4, в ходе которого объем этой фазы возрастает на 11—12 %. Это создает огромное внутреннее напряжение в куске агломерата, его прочность резко снижается.
Приведенные выше данные относятся к так называемой холодной прочности агломерата, т.е. к его сопротивляемости многочисленным перегрузкам, транспортировке и т. д. Однако
агломерат разрушается еще и в самой доменной печи при нагреве и восстановлении («горячая прочность»). Причины этого явления были рассмотрены ранее. Применительно к офлюсованному агломерату экспериментально установлено отрицательное влияние присутствия гематита и стекла на его горячую прочность. Гематит при нагреве с восстановлением меняет удельный объем, увеличивая фон внутренних напряжений в структуре, разрушается вследствие анизотропии восстановимости. Стекло сохраняет хрупкость вплоть до 600—700 °С, когда становится пластичным и релаксирует напряжения. Таким образом, присутствие стекла вредно сказывается не только на холодной, но и на горячей прочности агломерата.
Эффективность использования офлюсованных материалов.
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 %.