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

зом, в случае полной неравномерности процесса кристал­ лизации расплава в условиях спекания руд структура агломерата должна была бы состоять преимущественно из стекол. Тот факт, что структура агломерата сложена главным образом из кристаллов, свидетельствует как раз о применимости диаграмм состояния в расссматри-

ваемом случае.

В то же время легко видеть, что при использовании диаграмм состояния в теории агломерации задача ис­ следователя коренным образом отличается от задач, стоящих перед металловедами, придающими большое значение точной фиксации температур фазовых превра­ щений. В нашем случае абсолютная величина темпера­ туры в момент кристаллизации не имеет никакого зна­ чения.

Практический смысл применения диаграмм состоя­ ния при спекании агломерата состоит главным образом в объяснении наблюдаемого порядка кристаллизации фаз из расплава. Как известно, порядок кристаллиза­ ции почти не зависит от скорости охлаждения и опреде­ ляется исключительно формой кривых ликвидуса и солидуса.

Было бы ошибкой считать процесс кристаллизации агломерационного расплава вполне равновесным про­ цессом. Скорость охлаждения оказывается достаточно большой для сохранения в структуре готового агломера­ та видимых следов неравновесности процесса. Агломе­ рат всегда содержит некоторое количество стекла, кри­ сталлизации которого можно добиться только после от­ жига образцов агломерата при 900— 1100° С. Высокая скорость охлаждения расплава влияет на совершенство огранки кристаллов и способствует наряду с неоднород­ ностью теплового и концентрационного полей образова­ нию всякого рода скелетных и дендритных форм кри­ сталлизации. Таким образом, при исследовании агломе­ рата целесообразно использовать диаграммы состояния

важнейших систем, определяющих его конечную струк­ туру.

К сожалению, некоторые из этих систем недоста­ точно изучены, что во многих случаях затрудняет анализ хода кристаллизации агломерационного расплава, ох­ лаждаемого воздухом в Еерхней части зоны горения твердого топлива и в нижней части зоны готового агло­ мерата.

134

НЕОФЛЮСОВАННЫЙ АГЛОМЕРАТ ИЗ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ С КВАРЦЕВОЙ ПУСТОЙ ПОРОДОЙ

Минералогический состав и микроструктура неофлюсованных агломератов к настоящему времени изучены достаточно подробно (табл. 15).

Т а б л и ц а 15

Минералогический состав неофлюсованных агломератов (по данным различных авторов)

Установлено, что еще ниже зоны горения часть ге­ матита шихты восстанавливается с помощью СО, Н2и С

до магнетита. В зоне горения твердого топлива идут вос­ становление и диссоциация гематита, а также частичное восстановление магнетита до вюстита и металлического железа.

Кроме того, в зоне горения получает развитие твердо­ фазный процесс образования фаялита, который плавится первым, растворяя в себе всю массу шихты в зоне вы­ соких температур. Таким образом, состав образующего­ ся в зоне горения расплава соответствует бинарным раз­ резам «магнетит Fe30 4— фаялит», «вюстит FexO — фая­ лит» тройной системы FexO—Fe20 3—S i0 2 (рис. 64, 70,

78). При нормальном расходе топлива структура гото­ вого продукта может быть объяснена с помощью систе­ мы Fe30 4— 2 F e0 -S i0 2.

135

Металлическое железо: Fe, кубическое. Плотность 7,86 г/см3, объ­ емная магнитная восприимчивость 28000СГСМ (точка Кюри 770° С). Характерна магнитная анизотропия. Непрозрачно. В отраженном све­ те белого цвета, ярче любой другой фазовой составляющей лгломе-

Рис. 78. Диаграмма состояния системы

FeO—Fe20 3—Si0 2

рата. В зеленом, оранжевом и красном свете отражательная спо­ собность (R) равна соответственно на воздухе 64, 59 и 58%; в им­ мерсионном масле 50, 51, 47,5%; при работе со светом лампы нака­ ливания 64%. Хорошая полируемость. Оптически изотропно двуотражения или анизотропии в скрещенных николях не наблюдается. Микромагнитность легко выявляется по Мак-Кинстри или на прибо­

В большинстве случаев в агломерате присутствует не чистое от углерода железо, а железо с иголками цементита (когенита) (Fe3C), твердость Fe3C по Моосу — более 8, микротвердость железа с це­ ментитом в агломерате 160—202 кгс/мм2 (Е. Ф. Вегман, Е. В. Перевезенцева, 3. Я- Шамрай, 1964 г.). Травление: —НСЬ; —HN03;

—К (ОН). Выявляется щелочным раствором пикрата натрия. Вюстит: Fe^O, кубический. Плотность: 5,613 г/см3 при 23,91% О

[125], 5,745 г/см3 [126]. Непрозрачен. В отраженном свете серо-бело­ го цвета. Оптически не отличается от магнетита. Хорошая полируемость. Оптически изотропен. Средняя микротвердость 550 кгс/мм2. Травление: от магнетита отделяется реактивом Уэллса (насыщенный раствор SnCl2 в спирте, травление не менее 1,5 мин при 20° С свежим раствором: вюстит темнеет, магнетит не затрагивается); 4%-ным

136

спиртовым раствором HN03 (вюстит темнеет) [126], 1%-ный спир­ товой раствор НО (вюстит приобретает темно-коричневый оттенок); спиртовым раствором плавиковой кислоты (20—40 с, вюстит приоб­

—KCN; —FeCl3; —К (ОН);

—HgCl2; +HBr; +НС1 (1 мин темнеет, появляется светло-бурая ок­

раска).

Фаялит: 2Fe0-Si02, ромбический. Плотность 4,4 г/см3 [127]. Твердость 6,5. Температура плавления 1205° С. Немагнитен. Отража­ тельная способность R = 8 %. В отраженном свете темно-серый. Ха­ рактерны удлиненные пластинчатые и таблитчатые формы зерен. Зеленовато-темные внутренние рефлексы. В проходящем свете от оливково-зеленого до бурого. Шагреневая поверхность. Двупрелом-

ление до 0,051. 1ѴР = 1,835, JVg = l ,886 [127]; Л1Р = 1,824, JVm = 1,864,

137

iVg = 1,1875 [127]. Совершенная спайность вдоль удлинения и несо­ вершенная в перпендикулярном направлении. Оптически отрицате­ лен. 2Ѵ=47° [127]. Прямое погасание в скрещенных николях. Пока­ затели преломления стекла в неофлюсованном агломерате из криво­ рожских руд колеблются в пределах от 1,57 до 1,65 (Е. Ф. Вегман, 1955 г.). В отраженном свете стекло несколько темнее фаялита и располагается между его удлиненными кристаллами или в виде крупных скоплений.

Состав расплава перед началом кристаллизации лежит в широкой области составов выше линии ликвидуса. При охлаждении в точке 1 (см. рис. 64) из расплава вы­ деляются первые кристаллы магнетита. Состав расплава при охлаждении системы от точки 1 до точки 2 изменя­ ется по линии ликвидуса вплоть до эвтектической точки В. При медленном охлаждении после выделения из рас­ плава хорошо ограненных крупных зерен магнетита про­ исходит кристаллизация тонкой эвтектики фаялит — маг­ нетит. Такие эвтектики довольно часто наблюдаются в агломерате. Это дендритные, линейчатые, кружевные, точечные эвтектики, названные так [106] по форме вы­ делений магнетита, являющегося во всех случаях в силу высокой кристаллизационной способности, ведущей фа­ зой и при кристаллизации эвтектик. Во многих случаях скорость охлаждения настолько велика, что значитель­ ная часть расплава застывает в виде стекла (рис. 80), являющегося аморфным веществом. Стекло обыкновен­ но содержит больше Fe304, чем эвтектика, и лишь в пре­

дельном случае точно соответствует ее составу. Степень кристаллизации силикатной связки в нео­

флюсованном агломерате зависит от расхода коксовой мелочи на спекание. Рост расхода углерода повышает температуру в зоне горения твердого топлива, темпера­ туру расплава. Снижается его вязкость, что создает бла­ гоприятные условия для перемещения катионов и анио­ нов, а также более сложных комплексов в расплаве, что чрезвычайно важно при построении кристаллических ре­ шеток магнетита и фаялита. Кроме того, при приблизи­ тельно одинаковой температуре поступающего к зоне горения воздуха охлаждение расплава до полного затвер­ девания идет дольше, что также благоприятно сказыва­ ется на степени кристаллизации силикатной связки. Как установлено, чрезмерный перегрев расплавов, например, при производстве каменного литья из основных и ультраосновных пород или при кристаллизации доменных шлаков может в определенных условиях вредно сказы-

138

Рис. 80. Микрофотография участка аншлифа неофлюсованного агломе­ рата:

серо-белое — магнетит; темный фон — стекло; отраженный свет, Х276

ваться на степени кристалличности продукта, так как при перегреве могут расплавиться тончайшие наиболее тугоплавкие центры кристаллизации. При агломерации отрицательное влияние перегрева не ощущается, так как в силу саморегулирования системы при любых высоких расходах топлива температура в зоне горения твердого

представлены в табл. 16.

139