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

начинается кристаллизация. Это объясняет нам фаіи присутствия остатков шихты именно на периферии блоков.

Порядок кристаллизации блока легко объяснить по диаграммам состояния систем Fe304 — фаялит и Fe30 4—

Ca-оливин, характеризующимся неограниченной раство­ римостью в жидком состоянии и отсутствием всякой растворимости в твердом виде. При охлаждении распла­ ва на периферии блоков первым кристаллизуется маг­ нетит (область составов расплава перед началом кри­ сталлизации показана на рис. 64), оттесняя остаточный, обогащенный силикатами железа, расплав в район дого­ рающей частицы топлива. Здесь фаялитовый или Са-оли- виновый расплав застывает в последнюю очередь в ви­ де «силикатных озер», к которым приурочены остатки недогоревшей коксовой мелочи. Таким образом, специ­ фическая зональность блоков находит себе естественное объяснение.

В ходе опытов [123] было установлено, что размер блока зависит от величины частицы топлива. Слишком мелкие частицы коксовой мелочи (< 0 ,5 мм) не могут расплавить окружающие частицы шихты и не образуют блоков. При газовом спекании, когда газ сжигается внутри агломерируемого слоя, не содержащего твердого топлива, агломерат имеет равномерную температуру, в которой отсутствуют блоки. Это подтверждает основное положение теории формирования блочной текстуры кус­ ка агломерата, по которой образование блоков связыва­ ется с горящими частицами топлива, создающими неод­ нородное температурное поле в зоне горения.

8. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ АГЛОМЕРАТА

В течение длительного времени после изобретения аг­ ломерационного процесса считалось, что при спекании частицы руды не претерпевают заметных изменений, расплавляясь лишь на поверхности. Согласно этой точке зрения кусок агломерата состоит главным образом из склеившихся, слегка оплавленных рудных частиц. Пред­ полагалось, что окислы железа не вступают в реакции с кремнекислотой и известью, ограничивая образование

силикатной связки. Мнения такого рода, которых при­ держивался, в частности, Б. Клуг [96] были лишь след­ ствием отсутствия каких-либо данных о реальном мине­ ралогическом составе агломерата.

Современная точка зрения о минералогическом со­ ставе агломерата была впервые высказана в 1929 г. Г. Шварцем [124]: вся масса аглошихты при спекании последовательно проходит через расплав, последующая кристаллизация которого приводит к образованию куска

«Петрография железорудного агломерата» (М. «Нау­ ка», 1969, с. ПО): «Анализ вещественного состава об­ разцов, закаленных в периоды максимальной темпе­ ратуры, показывает, что только часть шихты (а именно ее рудные составляющие) находилась в пластическом состоянии, сохраняя как бы остов спекаемого слоя, все же остальные компоненты перешли в жидкое состояние, образуя определенное количество железо-силикатного расплава». Оставляя в стороне несколько устаревшее утверждение о частичном плавлении шихты при агломе­ рации, уже высказанное, как упоминалось выше, более 60 лет назад Б. Клугом, обратим внимание на ту часть фразы, которая касается остатков шихты. Предполага­

130

ется, что первичные гематит и магнетит, не расплавляясь, но и не оставаясь в твердом состоянии, переходят в гипо­ тетическое «пластическое» состояние, что не мешает им, впрочем, одновременно являться твердым «остовом» всей системы в зоне горения твердого топлива. В действи­ тельности, исследователь имела, конечно, дело с обыч­ ными остатками шихты, остававшимися твердыми в те­ чение всего процесса агломерации. Такие остатки всегда присутствуют в агломерате, приготовленном с недоста­ точным расходом топлива. Увеличение расхода коксовой мелочи устранило бы эти фазы из готового продукта.

Далее, на с. 145 указывается, что «При.формирова­ нии вещественного состава и микроструктуры агломера­ та в зоне максимальной температуры отсутствие полно­ го расплавления шихты в целом — положительное яв­ ление. Нарастающая глубина преобразования рудных составляющих агломерата приводит к загрязнению их посторонними примесями и, следовательно, ухудшает восстановимость продукта в целом. Поэтому в процессе спекания необходимо стремиться к минимальному пере­ ходу магнетита в жидкое состояние с целью сохранения его максимально чистым по железу». Хотя вторичный, кристаллизующийся из расплава магнетит, действитель­ но содержит значительно больше примесей в сравнении с природным магнетитом, приведенная выше система рассуждений в целом ошибочна, так как совершенно не учитывает интересы производства.

Дело не только в том, что восстановимость куска аг­ ломерата в значительной степени определяется поверх­ ностью пор, доступных газу-восстановителю, в связи с чем влияние загрязненности магнетита на восстанови­ мость может отойти на второй план. Главное состоит

втом, что присутствие в текстуре агломерата остатков шихты, зон или отдельных участков с пониженным коли­ чеством связки и низкой степенью кристаллизации связ­ ки обусловливают резкое снижение прочности продукта. Рекомендация переводить в расплав по возможности меньше магнетита при спекании обычных руд и концен­ тратов (содержащих до 65% Ре) на практике означает получение слабого в механическом отношении продукта, повышенная восстановимость которого, как выяснилось

впоследние годы, лишь усиливает разрушение агломе­ рата в шахте доменной печи. С учетом сказанного, за­ водские лаборатории в тех случаях, когда исследование

шлифов указывает на присутствие в агломерате участ­ ков или отдельных включений первичных шихтных мине­ ралов или зон с пониженным против среднего количест­ вом связки, должны рекомендовать производственному персоналу увеличить приход тепла в зону горения и из­ менить температурный уровень процесса, что достигает­ ся увеличением расхода твердого топлива в шихту, до­ полнительным обогревом спекаемого слоя или его тер­ мической обработкой.

Нельзя не вспомнить в связи с этим появляющиеся время от времени в печати глубоко ошибочные рекомен­ дации о резком снижении расхода топлива на процесс спекания, что позволит получить «сверхвосстановимый»

агломерата неизбежно приведет к попаданию больших масс мелочи в печь, к образованию мелочи при восста­ новлении агломерата в самой печи, к ухудшению исполь­ зования тепловой и химической энергии печных газов, увеличению степени прямого восстановления, росту удельного расхода кокса и снижению производительно­ сти печей, т. е. как раз к обратному эффекту. Главное требование производства к агломерату сейчас — высо­ кая прочность агломерата, по возможности наименьшее количество мелочи в скипе доменной печи, минимальный выход мелочи в процессе восстановления в доменной пе­ чи. Показатель восстановимости агломерата без учета разрушаемости при восстановлении в значительной мере утратил технологическое значение. С переходом к про­ изводству металлизованных окускованных продуктов прочность готового агломерата до печи и в печи сделает­ ся в сущности единственным критерием оценки его ка­ чества.

Переходя к описанию микроструктур, характерных для агломератов, приготовленных из руд и концентра­ тов различного состава, необходимо прежде всего оста­

т. е. совокупность его микроструктур, не является впол­

132

сматриваемом микрообъеме шихты было мало топлива. Наоборот, при ничтожных расходах топлива на отдель­ ных участках шлифа обнаруживается вюстит, что ука­ зывает на местный избыток топлива. Неоднородность со­ става шихты в разных микрообъемах и неоднородность теплового поля органически присущи агломерационно­

имеют в данном случае подчиненное значение и не ха­ рактеризуют массу агломерата в целом.

Вторая важнейшая особенность структур агломерата состоит в том, что механизм их образования может быть истолкован на основании диаграмм состояния соответст­ вующих бинарных, тройных или четверных систем. Бле­

2 Fe0 -Si0 2 был весьма точно предсказан по виду струк­ туры агломерата за 22 года до исследования этой

системы И. А. Островским и Я. И. Ольшанским

(1956 г.).

Нельзя не отметить и противоположной точки зрения, согласно которой диаграммы состояния вообще не могут быть использованы для изучения особенностей структур быстро охлажденных расплавов, например расплава, об­ разующегося при агломерации руд. Такое мнение, не­ сомненно, ошибочно. Напомним, что любая диаграмма состояния графически выражает зависимость между температурой кристаллизации расплава, с одной сторо­ ны, и составом расплава, с другой. Положение линии, определяющей температуру начала кристаллизации, мо­ жет существенно меняться в зависимости от скорости охлаждения расплава. Практически переохлаждение мо­ жет быть столь большим, что кристаллизация вообще не будет иметь места, и расплав застынет в виде стекла. Большое значение имеет также кристаллизационная спо­ собность выделяющихся из расплава фаз. Таким обра­

133