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

Поскольку при равном расходе коксовой мелочи ре­ генерация тепла повышает температуру на нижних го­ ризонтах спекаемого слоя, степень кристаллизации связ­ ки по высоте пирога сильно отличается от средних зна­ чений, составляя 20—30% в верхних слоях и 50—60% в нижних (при 5,5—6% С в неофлюсованной шихте из

криворожских руд и концентратов).

При высоком расходе коксовой мелочи более пра­ вильное представление о конечной структуре продукта дает диаграмма состояния системы Fe*Ö—2 Fe0 -Si02-

Здесь также после выпадения из расплава первых кри­ сталлов вюстита, форма которых совпадает с формой кристаллов магнетита и сверх того может быть часто игольчатой, что дает в шлифе округлые сечения иголок вюстита, начинается кристаллизация эвтектики вю- стит-фаялит. Чаще, однако, после выделения крупных кристаллов вюстита остальная масса расплава засты­ вает в виде стекла.

Напомним, что выделение первичных кристаллов маг­ нетита и вюстита происходит преимущественно на пе­ риферии блоков, а кристаллизация остаточного распла­ ва, более или менее близкого по составу к эвтектическо­ му, идет в центральной части блока, куда силикатный расплав перетекает, двигаясь перед фронтом растущих кристаллов FeO или Fe30 4. При высоком расходе топли­

ва расплав в большом количество перетекает также вниз и вбок за пределы первоначальных границ блока. Таким образом, в большинстве случаев кристаллизация эвтек­ тического расплава или застывание стекла происходит не в тех микрообъемах, в которых началась кристалли­ зация магнетита и вюстита. Полный цикл кристаллиза­ ции следует относить, следовательно, к объему блока в

Гематит, a-Fe20 3, тригональный. Плотность 5,355—5,260 г/см3. Практически немагнитен. Объемная магнитная восприимчивость 0,004—0,04 СГСМ. Точка Кюри 777° С. Температура плавления 1565° С. В зеленом, оранжевом и красном свете отражательная спо­ собность (Я) равна соответственно на воздухе 26, 25 и 2 1 %, в им­ мерсионном масле — 15,5, 13,5 и 10,5%. При работе со светом лампы накаливания Я = 2 5—26% [130]. Отчетливое двуотражение и анизо­ тропия в скрещенных николях. Кроваво-красные внутренниё рефлек­ сы. Высокая твердость 6 (стальная игла не оставляет следа). Сред­

140

няя микротвердость 1058 кгс/мм2 (Г. М. Дроздов, 1969 г.). Травле­ ние: + H F (1—2 мин); —HNOs; —HCl; —KCN; —К (ОН); —FeCl3.

Плохо полируется. Всегда с ямчатой поверхностью.

В центральных силикатных озерах внутри блоков ча­ сто видны остатки частиц коксовой мелочи (содержание остаточного углерода в обычном агломерате составляет

0,3—0,4%).

Коксовая мелочь в агломерате обладает характерной сотовой или волокнистой структурой кокса. Состоит из графита (кристаллическая разность углерода), графитита (тонкокристаллическая разновид­ ность углерода), шунгита (сажистый, аморфный углерод) и золы.

Графит: С, гексагональный. Плотность 2,09—2,23 г/см3. Твер­ дость 1 .

Средняя микротвердость 44,2 кгс/мм2 (Е. Ф. Вегман, Е. В. Перевезенцева и 3. Я- Шамрай, 1963 г.). В зеленом, оранжевом, красном свете отражательная способность (R) равна соответственно на воз­ духе 22,5—5,0%, 23,5—5%, 23—5,5%, (характерно чрезвычайно силь­ ное двуотражение); в оранжевом свете при наблюдении в иммерси­ онном масле 16,0—2,0%. При работе со светом лампы накаливания У? = 22—25%. В отраженном свете серый с розоватым оттенком. Пло­ хая полируемость. Немагнитен. Все реактивы не действуют.

Шунгит: С, изотропен. Двуотражение отсутствует. Микротвер­ дость 66,5 кгс/мм2 (Е. Г. Вегман, Е. В. Перевезенцева и 3. Я. Шам­ рай, 1963 г.).

По поверхности крупных неправильной формы пор, раз­ деляющих блоки, а также на поверхности правильных цилиндрических пор внутри блоков при охлаждении аг­ ломерата идет вторичное окисление магнетита до гема­ тита по плоскостям отдельности магнетита и по поверх­ ности его зерен (см. рис. 49).

В стекле, прослойки которого располагаются среди удлиненных кристаллов фаялита, при агломерации сер­ нистых руд или работе с большим расходом сернистой коксовой мелочи содержатся (рис. 81) включения троилита (Fe*S). Троилит присутствует только в неофлюсованном и слабоофлюсованном агломерате и никогда не отмечается в агломерате нормальной и повышенной ос­ новности, в котором сера в составе CaS растворена в си­ ликатной и ферритной связке.

Троилит. Fe*S, гексагональный. Плотность 4,58—4,64 г/см3. Объ­ емная магнитная восприимчивость до 1,0 СГСМ. Точка Кюри 300— 325° С. Бронзово-желтый, кремовый. При использовании зеленого, оранжевого и красного света показатель отражения (R) равен соот­ ветственно на воздухе 37, 37 и 36%, в иммерсионном масле 28, 29, 29%. При работе со светом от лампы накаливания R — 38%. Ясное двуотражение, анизотропия в скрещенных николях. Средняя микро­ твердость 380 кгс/мм2 [131], 336 кгс/мм2 (Е. Ф. Вегман, Е. В. Пере­ везенцева, 3. Я- Шамрай, 1964 г.). Характерна побежалость на по­ верхности в шлифе. Травление: -FHN03 (медленно окрашивается в

141

Рис. 81. Микрофотография участка аншлифа неофлюсованного агломе­ рата:

белое — троилит (в прослойках стекла); серо-белое — магнетит; темно­ серое удлиненные кристаллы —•фаялит; темное — стекло; отраженный

расхода коксовой мелочи, называемого порогом агломе­ рации и равного в данном случае 3,5—4%, агломерата не получается, так как низкий расход твердого топлива не обеспечивает достаточно высокого температурного и теплового уровней процесса. Поэтому, вплоть до поро­ га агломерации готовый продукт почти не меняет соста­ ва (гематит+кварц+следы магнетита) и является лишь подсушенной, слабо восстановленной рудой. За порогом агломерации, наоборот, продукт почти совершенно не содержит первичных гематита и кварца. Основными ми­ нералогическими составляющими являются здесь магне­ тит, фаялит и стекло (см. рис. 81), а при повышенных расходах топлива — вюстит, фаялит и стекло. Количест­ во силикатной связки при увеличении расхода топлива ме-

142

гематит; 2 — магнетит и вюстит; 3— Ca-оливин и стекло; 4— силикаты кальция; 5 — ферриты кальция

143

няется сначала резко (вблизи порога агломерации), а затем медленнее, так как степень усвоения S i0 2 шихты

расплавом быстро достигает 80—100%- При 10— 12% С в шихте готовый продукт содержит следы металлическо­ го железа. При этом низкие основности шихты и бед­ ность ее железом не способствуют металлизации.

При агломерации магнетитового концентрата снача­ ла, при низких расходах коксовой мелочи, идет частич­ ное окисление магнетита до гематита перед порогом аг­ ломерации. При нормальном расходе топлива на спека­

ОФЛЮСОВАННЫЙ АГЛОМЕРАТ ИЗ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ С КВАРЦЕВОЙ ПУСТОЙ ПОРОДОЙ

Ввод извести и известняка в систему Fe20 3—Fe304— —FeO—S i0 2 значительно изменяет минералогический

состав агломерата. В ходе реакций между твердыми фа­ зами, происходящих под зоной горения и в самой зоне горения, при любой основности образуются преимуще­ ственно ферриты кальция. Этому способствует обилие контактов между частицами Fe20 3, CaO и СаС03, низ­

кая температура начала реакции, большая скорость вза­ имодействия реагентов. Однако при нагреве и инконгруэнтном плавлении ферриты кальция полностью рас­ падаются и минералогический состав готового агломе­ рата определяется порядком кристаллизации расплавов. Химическое сродство между СаО и Fe20 3, почти не

влияющее на выход продукта реакции в твердой фазе,

щую роль при кристаллизации расплава. На основании анализа экспериментальных данных, полученных при исследовании минералогического состава большого чис­ ла агломератов и шлаков, в 1957 г. Е. Ф. Вегман сфор­ мулировал [88, 132] правило кристаллизации желези­

стых расплавов переменной основности, согласно кото­ рому в состав ферритов кальция может входить только СаО, оставшееся в избытке после полного обеспечения известью кристаллизующихся из расплава силикатов кальция. По этому правилу, факт образования ферри­ тов кальция в твердой фазе сам по себе еще недостато­

144

чен для получения готового агломерата с ферритной связкой, если в рассматриваемой системе имеется кварц.

В докторской диссертационной работе В. А. Уткова (1971 г., Свердловск) были опубликованы интересные данные, иллюстрирующие это положение. Оказалось, что

Рис. 83. Зависимость между величинами свободной энергии об­ разования соединений и температурой

однокальциевый и двукальциевый ферриты полностью разлагаются кремнеземом при плавлении за 0,5—2 мин:

2(СаО • Fe20 3) + S i0 2 = 2СаО • S i0 2 + 2Fe20 3;

2СаО ■Fe20 3 + S i0 2 = 2CaO • S102 + Fe20 3.

Ферриты кальция могут, как показали опыты Е. Ф. Вегмана [133], присутствовать лишь в структуре агломера­ тов с основностью выше СаО : S i0 2= l . В этих условиях

феррит кальция находится в агломерате вместе с сили­

катами кальция и железа, в которых весь кремнеземобе­

спечен СаО и FeO.

При изучении микроструктуры офлюсованных агло­ мератов необходимо принимать во внимание также влия­

на спекание офлюсованный агломерат содержат в срав­ нении с неофлюсованным значительно меньше закиси же­ леза, так как спекается при относительно более низких температурах, а также потому, что газовая фаза в этом случае содержит больше углекислого' газа (С 02, флюса) и является более окислительной для вюстита. С ростом основности увеличивается масса ферритов кальция, об­ разующихся в твердой фазе. Восстановимость ферритов кальция несколько ниже, чем у гематита, и это не может не тормозить процесс диссоциации и восстановления Fe20 3 до Fe30 4. Кроме того, известна тенденция двухва­

лентного железа к переходу в трехвалентную форму в основных шлаковых расплавах. С. С. Ростовцев [134] указывает на эту особенность основных железистых рас­ плавов и приводит ориентировочную схему хода такого процесса в присутствии металлического железа. В нас­ тоящее время это предположение получило эксперимен­ тальное подтверждение в работах К. Мори [135], уста­ новившего прямую линейную зависимость между основ-

Fe3+

ностью шлака и отношением -------------- в нем. Учитывая

Fe3+ + F e 2+

значительную четкость указанной связи, К- Мори предло­ жил даже использовать это отношение в качестве нового показателя основности шлака. В офлюсованных агломе­ ратах с ростом основности содержание FeO заметно сни­ жается, в полном соответствии с выводами К- Мори.

Отметим, что в основных мартеновских шлаках, нахо­ дящихся в равновесии с воздухом, зависимость между содержанием трехвалентного железа и основностью была установлена Д. Уайтом [136].

Таким образом, до насыщения силикатной связки из­ вестью и при наличии больших количеств FeO, микро­ структура агломерата может быть объяснена с помощью диаграммы состояния системы Fe30 4—FeO—S i0 2—CaO.

При повышенной основности, когда содержание закиси железа сильно уменьшается, а кремнезем полностью связан с известью, наибольшее значение получает систе­ ма Fe20 3—Fe30 4—CaO—2C a0-Si02.

146