Металлургические свойства агломерата

Для того чтобы плавка в доменной печи имела высокие технико-экономические показатели, агломерат должен содержать 60—63% Fе, обладать основностью, обеспечивающей полное исключение сырого известняка из доменной шихты, высокой восстановимостью, высокой прочностью и равномерной кусковатостью, высокой температурой размягчения и коротким интервалом перехода из твердого состояния в жидкоподвижное. Получение такого агломерата осложняется тем, что одновременно агломашины должны работать с высокой удельной производительностью. Практически на фабриках производят агломерат, по возможности легковосстановимый и обладающий в то же время некоторой минимальной прочностью. Усилия технологов направлены на изыскание компромиссного режима спекания, который позволил бы наилучшим для данных условий образом сочетать прочность и восстановимость. Среди доменных техников до сих пор также нет четкого мнения о допустимом уровне сочетания этих свойств агломерата, что, несомненно, затрудняет создание единого направления в технологии агломерации. Тем не менее, за последние годы достигнуты определенные успехи как в промышленной практике, так и в исследовательской работе, позволившие в результате внедрения системы организационных и технологических мероприятий улучшить как прочность, так и восстановимость агломерата. Однако до сих пор качество агломерата отстает от требований доменного производства. В связи с этим представляет интерес подробное рассмотрение зависимостей между свойствами агломерата, с одной стороны, свойствами и структурой агломерационного сырья п технологией спекания — с другой. Выяснение механизма этих связей составляет одно из важнейших практических приложений теории агломерационного процесса

Способы оценки прочности агломерата

При сбрасывании с агломашины и дальнейших перегрузках до уровня засипи в доменной печи, а также при движении столба материалов в доменной печи агломерат подвергается сумме разрушающих усилий и разделяется на отдельные куски. Степень измельчения агломерата зависит от величины приложенных усилий и способности кусков агломерата противостоять разрушающим усилиям, т. е. от его прочности. Способность аглоспека разделяться на куски является необходимым свойством. Частичное разрушение аглоспека обязательно в той же мере, как и предварительное дробление сырой руды перед загрузкой в доменную печь.

Для агломерата основной интерес представляет не величина нагрузки, при которой происходит разрушение аглоспека, а размер кусков и их способность к разделению па еще более мелкие части. В этом заключается коренное различие представлений о прочности агломерата и прочности металлов или строительных материалов. Для последних важна величина разрушающегося усилия, а количество и размеры кусков, образующихся при разрушении образца или изделия, не имеют существенного значения.

В реальных производственных условиях агломерат подвергается главным образом нагрузкам ударного характера (ряд последовательных сбрасываний с различной высоты при перегрузках), а также истиранию в бункерах, желобах и доменной печи. Разделение куска агломерата на более мелкие части при ударе зависит от кинетической энергии куска в момент удара и от наличия ослабленных сечений в куске, т. с. от собственно прочности куска. Кинетическая энергия куска определяется массой куска и высотой сбрасывания. С увеличением массы куска кинетическая энергия удара увеличивается и, следовательно, повышается вероятность его раскалывания на отдельные части. Аналогично влияет увеличение высоты сбрасывания.

Процесс разрушения агломерата хорошо моделируется в испытательных аппаратах различной конструкции. В СССР наиболее широко распространен испытательный аппарат системы П. Г. Рубина, представляющий собой барабан диаметром 1000 мм_л шириной 600 мм, с тремя полками, центральный угол которых равен 120° друг к другу. Барабан вращается со скоростью 25 о б/мин; испытание продолжается 4 мин. В барабан загружают одновременно 20 кг агломерата, что соответствует степени заполнения барабана около 10%, В барабане преобладают нагрузки ударного характера. Сходен с барабаном II. Г. Рубина по конструкции и характеру нагрузок применяемый за рубежом микум-барабаи диаметром 1000 мм, шириной 1С00 мм с четырьмя полками, центральный угол которых равен 90°. В Германии стандартным является испытание в барабане по DIN 51712; по конструкции он похож на два предыдущих, однако продолжительность испытания составляет 1 мин при скорости вращения барабана 25 об/мин. В барабане образующая набрана из прутьев трапециевидного сечения с зазором 5 мм. Полки отсутствуют, агломерат подвергается главным образом истирающим воздействиям, причем мелочь размером 5—0 мм удаляется из барабана в процессе испытания.

При проведении полупромышленных и лабораторных исследований в отечественной и зарубежной практике широко применяют испытание агломерата методом сбрасывания. Полученный в опытных чашах агломерат сбрасывается два или три раза на стальную плиту с высоты 2 м₉ что в какой-то мере соответствует нагрузкам, которым подвергается агломерат при сбрасывании с агломашины.

Между испытанием агломерата в барабане с полками и в аппаратах для сбрасывания нет принципиальных различий. Испытание в барабане с полками представляет собой многократное сбрасывание с высоты 0,4—0,5 указывают, что между выходом класса 10—0 мм после сбрасывания и испытания в барабане одного н того же агломерата имеется линейная корреляционная зависимость, причем разброс точек не превышает 10%. Известны методы испытания агломерата продавливанием на специальном аппарате и на встряхиваниях конструкции.

Самым простым аппаратом для испытания агломерата является барабан с полками, несмотря на то что он неоднократно подвергался критике. Наиболее серьезный анализ условий разрушения в барабане содержится в работе В. П. Певцова . Основной довод против использования барабана заключается в том, что результаты испытания зависят от массы кусков. Мелкие и легкие куски подвергаются разрушению в меньшей степени, чем крупные и тяжелые. Однако подобная же закономерность имеется в производственных условиях при перегрузках агломерата- Поэтому зависимость результатов испытания в барабане от массы кусков является скорее достоинством, чем недостатком этого метода.

Процесс разрушения агломерата как в испытательных аппаратах, так и в производственных условиях характеризуется изменением его гранулометрического состава. Результаты ситового анализа представляют сумму сведений о содержании в насыпной массе агломерата зерен определенной крупности. Сравнение отдельных агломератов между собой по такой сумме показателей затруднительно. В заводской практике принято оценивать прочность агломерата выходом одного класса 5—0 мм после разрушения. Между тем при одинаковом выходе зерен 5 -0 мм соотношение между содержанием в агломерате зерен других классов крупности может быть самым разнообразным.

Более удобным показателем для сравнения крупности отдельных агломератов является величина среднего диаметра зерна, рассчитываемая по данным ситового анализа. Сравнивая различные способы расчета определяющего размера слоя кусковых материалов, приходит к выводу о том, что газодинамические свойства слоя лучше всего характеризует эквивалентный диаметр кусков. Усреднение производится по формуле

Однако величина среднего диаметра кусков, рассчитанная по данным о зерновом составе аглоспека в целом, также не является вполне универсальным критерием. При разрушении аглоспека образуется значительное количество зерен мельче 0—7 мм, обладающих очень большой удельной поверхностью. При расчете величины среднего диаметра влияние мелких зерен является превалирующим и в очень сильной степени сглаживает влияние различии в гранулометрическом составе крупных фракций. В результате этого величина <2_ср оказывается мало чувствительной к изменению соотношений между отдельными классами крупнее 6—7 мм. С точки зрения требований доменной плавки наибольший интерес представляет как раз соотношение между этими классами. Зерна мельче 6—7 мм направляются в возврат, где соотношение между отдельными классами при общей крупности менее С -7 мм не играет столь существенной роли. Поэтому для оценки прочности аглос.пека в целом целесообразно пользоваться системой двух показателей — суммарным выходом зерен выше определенного размера после наложения разрушающих усилий и средним диаметром зерна в сумме классов выше этого размера. Для оценки прочности «годного» агломерата, получаемого после выделения возврата, правильное представление о газодинамических свойствах его насыпной массы даст величина среднего диаметра.

При изучении процесса разрушения агломерата особый интерес представляет величина удельной поверхности зерен, при помощи которой можно рассчитать количество работы, затраченной на образование 1 см² новой поверхности

На рис. 71 приведено изменение гранулометрического состава аглоспека на отдельных стадиях его обработки в барабане П. Г, Рубина. Немедленно после окончания процесса спекания аглоспек целиком помещали в барабан. Разделение аглоспека на отдельные куски происходит па первой стадии обработки в барабане. Окончательный гранулометрический состав формируется, как правило, после 30—50 оборотов барабана, дальнейшее приложение нагрузок мало сказывается на гранулометрическом составе аглоспека. Подобный характер разрушения обусловлен специфическими особенностями макроструктуры аглослистков. Физический смысл активного участка кривой изменения зернового состава (0 -50 оборотов) заключается в раз- рушении агломерационного пирога но ослабленным сечениям. При дальнейшей обработке в барабане происходит главным образом сглаживание поверхности крупных кусков в результате скалывания отдельных выступов. Анализ изменения выхода отдельных фракций по ходу разрушения в барабане показывает, что на активном участке кривой убыли зерен >15 мм сопутствует равно мерное увеличение выхода всех остальных классов. На участке стабилизации соотношение между зернами отдельных классов в интервале 5—15 мм остается практически постоянным; увеличивается главным образом выход зерен <5 мм, образующихся в результате истирания. Влияние свойств исходного сырья, расхода топлива и основности проявляется главным образом на активном участке кривых разрушения Подобный характер изменения гранулометрического состава агломерата отмечается также А. Зеидом и Б. Вейлаидтом при разрушении агломерата на встряхпвателе и Г. Рау- шем и Ф. Каппелем при сбрасывании . Аналогичный характер имеет разрушение агломерата в производственных условиях. Характер разрушения агломерата при транспортировке в условиях производственного тракта почти не отличается от условий разрушения в испытательном барабане. На рис сопоставлены кривые изменения гранулометрического состава агломерата Ново-Тульского металлургического комбината в барабане (кривые 1, 3) и на производственном тракте (кривые 2\ З')_я Важно подчеркнуть, что относительная стабилизация гранулометрического состава агломерата наступает только в последнем звене тракта -к моменту поступления агломерата в скип.

Результаты исследования динамики разрушения агломерата могут послужить в качестве теоретического обоснования технологии производства стабилизированного агломерата и позволяют уточнить представления о «годном» агломерате. Предварительное разрушение позволяет получить годный агломерат, не образующий при дальнейших перегрузках значительных количеств мелочи. Весьма близкий угол наклона кривых гранулометрического состава к оси абсцисс на участке стабилизации для различных агломератов свидетельствует о том, что прочность годного агломерата, выделенного из аглоспека после его стабилизации, мало меняется для различных шихт и условий спекания. Поэтому прочность аглоспека в условиях стабилизации определяет выход годного, но не прочность годного агломерата. На тех аглофабриках, где возврат выделяется задолго до наступления момента стабилизации аглоспека, значительное разрушение годного агломерата продолжается и а тракте его подачи к доменным печам. Критерием для оценки прочности год агломератов с основностью 0,7—0,8 и около 5Д Работы в этом направлении ведутся в СССР и в Болгарии . Возможность получения железофлюса с удовлетворительными технико-экономическими показателями доказана промышленными опытами на двух уральских аглофабриках . Ниже приводятся основные показатели опытно-промышленного производства железофлюса на Нижне-Тагильском комбинате. По поводу целесообразности применения железофлюса в смеси с агломератом пониженной основности вместо агломерата основностью 1,2—1,4 среди доменных техников мет единого мнения. Высказываются опасения, что эффект от повышения крупности агломерата будет в значительной степени потерян из-за расширения зоны шлакообразования при совместной плавке двух сортов агломерата. Поэтому для окончательного решения этого вопроса необходимо проведение опытных доменных плавок- Использование железофлюса взамен сырого известняка окажется, безусловно, полезным при плавке сырых кусковых руд, которые нецелесообразно подвергать обогащению, офлюсованного агломерата, который производят на значительно удаленных от заводов аглофабриках, а также неофлюсованных окатышей.