Файл: Вегман, Е. Ф. Теория и технология агломерации.pdf

чей [95]. Вюстит непрозрачен для света, но он оказыва­ ется относительно прозрачной фазой для более жестких рентгеновских лучей. Прозрачный шлиф агломерата по­ мещался между точечным источником рентгеновских лу­ чей (площадь фокального пятна на аноде установки со­ ставляла всего 0,8 мк) и фотопластинкой. Меняя рассто­ яние анод — шлиф и шлиф — пластинка, удавалось по­ лучить достаточно четкое изображение шлифа на пла­ стинке с прямым рентгеновским увеличением до Х200. Степень почернения отдельных участков полученного не­ гатива определяли затем на микрофотометре МФ-2.

Полученные, таким образом, данные не только под­ твердили присутствие вюстита в агломерате, но также позволили сделать ряд важных выводов о природе ис­ следованных фаз. Совпадение линейных коэффициентов поглощения рентгеновских лучей эталонного магнетита и магнетита в агломерате свидетельствовало о чистоте последнего'. Очевидно, что в криворожском неофлюсованном агломерате отсутствуют какие-либо твердые растворы на базе магнетита. Небольшое отклонение ли­ нейного коэффициента поглощения для фаялита объ­ ясняется растворением в нем СаО и MgO с образова­ нием известково-железистых оливинов, близких по со­ ставу к фаялиту.

Что касается состава вюстита, то отклонение от эта­ лонного коэффициента поглощения дало возможность подсчитать его истинный химический состав. В исследо­ ванных образцах содержание кислорода в вюстите со­ ставило в среднем 23—25% (по массе), что близко к минимально возможному содержанию кислорода в вю­ стите, по данным известной диаграммы железо — кис­ лород.

Следы металлического железа в железорудном агло­ мерате наблюдали Б. Клуг (агломерат из руд Верхнего Озера, 1912 г.) [96], В. Люйкен и Л. Кребер (агломе­ рат из криворожских руд, 1932 г.) [97], Е. Вегман [88] (криворожский агломерат 1957 г.). В 1957 г. Е. Вегман при травлении железа в агломерате щелочным раство­ ром пикрата натрия установил присутствие в железе когенита (цементита Fe3C), что связано с науглерожи­ ванием металла в контакте с твердым углеродом и с СО.

77

с тем другие исследователи не наблюдали металличес­ кого железа в агломератах, хотя расход топлива был достаточно высок. В то время не была еще известна ус­ тановленная нами недавно зависимость, согласно кото­ рой эффективная металлизация агломерата возможна лишь при спекании достаточно богатых (55—60% Fe06nO руд и концентратов. Агломерация бедных руд при вы­ соком расходе твердого топлива приводит лишь к обра­ зованию больших масс силикатного расплава, к полу­ чению переоплавленного агломерата, не содержащего металлического железа.

История развития методов получения металлизованного агломерата непосредственно на агломерационных установках начинается с германского патента № 268159 (кл. 18а), выданного 13 ноября 1910 г. металлургичес­ кому обществу и промышленному банку во Франкфур­ те-на-Майне. Этот патент был лишь дополнением к па­ тенту, ранее выданному на имя известного изобретателя инж. Завельсбрерга, который, вероятно, и являлся ис­ тинным автором предложения.

По предложению, процесс металлизации ведется в котле Геберлейна — Хантигтона при дутье через слой снизу вверх. На колосниковую решетку укладывается толстый слой раскаленного угля, поверх которого слоя­ ми кладут пылеватую руду и уголь. В ходе процесса уголь газифицируется дутьем в окись углерода, служа­ щую затем восстановителем. Метод не был опробован. В настоящее время этот способ представляет интерес лишь с точки зрения истории эволюции взглядов в рас­ сматриваемой области знаний, так как страдает суще­ ственными недостатками. Очевидно, что нижний слой угля поглощал бы при горении весь кислород воздуха, зона горения топлива шихты не могла бы перемещаться вверх. Происходила бы лишь металлизация руды без образования и металлизации агломерата. Логичнее бы­ ло бы подложить слой угля под пирог готового агломе­ рата, обеспечивая его металлизацию, но осуществить это в котле крайне трудно и, кроме того, степень ис­ пользования восстановительной способности окиси угле­ рода была бы низкой. Последнее является органическим недостатком вообще всех методов восстановления пиро­ га агломерата газами. Развитием этих идей являются предложения о сжигании коксовой мелочи воздухом, от­ ходящими газами, паром на поверхности готового пи­

78

рога агломерата и восстановлении его образующейся окисью углерода на ленточных машинах (авторское сви­ детельство СССР, кл. 18а, 1/10, № 220995, 4 апреля 1967 г.). Однако продукты горения коксика, состоящие почти исключительно из СО и азота, смешиваясь с воз­ духом вредных подсосов (60—70%), образуют в этом случае взрывоопасную смесь, которую необходимо до-

Рис.. 55. Конвейерная агломерационная машина для спекания агломерата и его металлизации газом на хвостовой части ленты:

жигать непосредственно в вакуум-камерах, чтобы избе­

жать взрыва.

Другая группа предложений связана с идеей восста­ новления агломерата на хвостовой части аглоленты га­ зами. В качестве примера приводим схему устройства ленты (рис. 55) для производства металлизованного аг­ ломерата по патенту ФРГ (кл. 18а, № 1194884, 30 ап­ реля 1964 г.). Спекание агломерата заканчивается к се­ редине ленты. Далее следует разогрев пирога пламенем газового горна, установленного над лентой перед зоной восстановления. Газ-восстановитель трижды продувает­ ся через пирог агломерата с помощью трех вентилято­

79

ров и направляется для дожигания в зажигательный горн. Параллельно с восстановлением идет охлаждение агломерата, вследствие чего степень металлизации за 5—-10 мин пребывания пирога в зоне восстановления не может быть ощутимой. При восстановлении ухудшается прочность готового продукта. Наиболее крупный недо­ статок машины — ее взрывоопасность. Взрыв газа-вос­ становителя (водорода, природного газа) в смеси с воз­ духом вредных подсосов в присутствии раскаленного пи­ рога агломерата неизбежен. Представляется, что по перечисленным причинам методы восстановления агло­

50%) содержанием коксовой мелочи была предложена В. Дэвисом в 1958 г. (патент США, кл. 75—5, № 3083090 22 сентября 1958 г.). Спекание ведется на обычных аг­ ломашинах в вакуумном режиме.

В 1961 г. Е. Ф. Вегман предложил использовать при металлизации агломератов из неофлюсованных шихт и шихт любой основности низкосортное топливо (до 60%), подавая для ускорения процесса в спекаемый слой воз­ дух, обогащенный кислородом. С 1961 г. опыты получе­ ния металлизованного агломерата ведутся в лаборато­ риях кафедры руднотермических процессов Московско­ го института стали и сплавов. Остановимся сначала несколько подробнее на механизме металлизации агло­ мерата в ходе спекания.

Восстановителями железа являются здесь окись уг­ лерода, концентрация которой в газовой фазе при вы­ соких расходах твердого топлива значительно возраста­ ет; водород, образующийся при взаимодействии водя­ ных паров воздуха с горящими топливными частицами; и сами частицы коксовой мелочи и антрацита.

На рис. 56 показана микроструктура металлизован­ ного агломерата, на которой частицы железа распола­ гаются среди вюстита, силикатной связки и вокруг ос­ татков коксовой мелочи. Количество остаточного угле­ рода, составляющее в обычном агломерате 0,3—0,4%, достигает в металлизованном агломерате 4—6%. Каж­ дая частица коксовой мелочи окружена в таком агломе­ рате плотной сферой металлического железа, образую­ щейся при горении частицы среди шихты и среди желе­ зистого расплава. Металлизация может начинаться еще

80

на четкие генетические группы. Однако по ряду косвен­ ных признаков можно судить о важности каждой из пе­ речисленных ступеней восстановления. Так, использова­ ние трудновосстановимых руд снижает степень металли-

Iсо,

Рис. 57. Предполагаемая схема минералообразования при спекании металлизованного агломерата (основностью 1,0—1,2; Fei — железо, восстановленное под зоной горения; Fe2 — железо, восстановленное из расплава; Fe3—-железо, восстановленное над зоной горения твер­ дого топлива)

зации шихты, так как тормозит восстановление под зо­ ной горения. Быстрое охлаждение готового агломерата подачей холодной тонкораспыленной воды и водяных паров полностью прекращает металлизацию в верхней ступени, над зоной горения и, по-видимому, в самой зо­ не горения. Только этим объясняется факт отсутствия металлического железа в так называемом «активиро­ ванном» агломерате, приготовленном по методу В. А. Со­ рокина [99]. Такой агломерат также спекается с высо­ ким расходом твердого топлива, содержит остаточную коксовую мелочь в структуре, однако он содержит толь­

82