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

В 1957 г. Е. Ф. Вегманом [88, 133] была предложена следующая классификация офлюсованных агломератов по их минералогическому составу:

1) агломераты с основностью СаО : S i02 до 0,5; ми­ нералогический состав: магнетит, вюстит, известковистый оливин (Ca-оливин), стекло;

2) агломераты с основностью CaO : SiO2= 0 ,5 —1,0; минералогический состав: магнетит, вюстит, Са-оливин, стекло, силикаты кальция;

3) агломераты с основностью СаО : Si02> 1,0; мине­ ралогический состав: магнетит, вюстит, Са-оливин, стек­ ло, силикаты кальция, ферриты кальция.

В третьей группе агломератов в последнее время ока­ залось возможным выделить несколько подгрупп или классов.

Так, например, при основности от 1 до 2,3 в агломе­ рате одновременно присутствуют Ca-оливины и ферриты кальция, при более высокой основности — только ферри­ ты кальция. При основности выше 2,8—3 в агломерате отсутствует стекло.

Отметим, что силикаты кальция в том или ином ко­ личестве всегда присутствуют в офлюсованном агломе­ рате при основности выше 0,5. Как будет показано ниже, лишь ввод А120з в шихту может несколько повысить

предельную основность, при которой появление силика­ тов кальция становится неизбежным (до СаО : SiO2» 0 ,8

— 1,2). В сложной системе СаО—S i02—FeO—Fe20 3 име­ ются обширные поля кристаллизации силикатов кальция в качестве самостоятельной фазовой составляющей аг­ ломерата. Так как двухкальциевый силикат ухудшает ка­ чество агломерата, прочность офлюсованного агломерата в целом обычно несколько ниже прочности неофлюсованного продукта. Двукальциевый силикат — непремен­ ная часть любых высокоосновных материалов, например агломератов, мартеновских, электросталеплавильных и доменных шлаков. Силикатный распад шлаков связан именно с полиморфными превращениями этой фазы. Глубоко ошибочно приписывать появление двухкальцие­ вого силиката в агломерате каким-либо случайным об­ стоятельствам или «отклонениям от норм подготовки шихты и нормального течения процесса спекания», как это сделано на стр. 88 книги Т. Я. Малышевой [137], в ко­ торой объективно существующие и действующие зако­ ны кристаллизации основных железистых расплавов

подменяются чисто организационными факторами, на­ пример, квалификацией обслуживающего ленты персо­ нала, наличием инструкций, контролем за их соблюдени­ ем и т. п. В действительности ни один из исследователей, изучавших офлюсованные агломераты из руд с квар­ цевой пустой породой (табл.17), не указал до сих пор путей производства агломерата, не содержащего при нормальном расходе коксовой мелочи 2CaÖ-Si02.

Если в шихте мало AI2O3, то существует только один

путь устранения части 2C a0-Si02. Он заключается, как

Т а б л и ц а 17

Минералогический состав офлюсованных агломератов из руд с кварцевой пустой породой

148

уже упоминалось выше, в работе с низким расходом твердого топлива, ориентируясь на переход части первич­ ных минералов шихты и образовавшихся в твердой фазе ферритов кальция, в конечную структуру продукта. В этом случае ограниченное количество расплава снижает и массу неизбежно выделяющегося из него двукальцие­ вого силиката, но полученный продукт, в силу чрезвы­ чайно низкой прочности, не может быть назван агломе­

149

ратом. В связи с этим аксиомой в агломерационном де­ ле является необходимость прохождения всей массы шихты через состояние расплава.

Приведенная классификация относится к агломера­ там, полученным по традиционной технологгии спекания, отличительной чертой которой является, в частности, вы­ сокая скорость охлаждения расплава, при его соприкос­ новении с холодным или слегка подогретым воздухом, просасываемым через слой. Широко используемая в на­ стоящее время технология дополнительного обогрева спекаемого слоя, находящиеся в стадии разработки и промышленных испытаний технологии термической обра­ ботки агломерата (на всей ленте), спекания под воздухом обогащенном кислородом, а также метод получения металлизованного агломерата при повышенном расходе твердого топлива значительно понижают темп охлажде­ ния расплава. Помимо роста степени кристаллизации силикатной связки в агломератах нормальной основнос­ ти (1,0—1,5), эта особенность новейшей технологии спе­ кания влияет и на природу кристаллической силикатной связки. В изготовленных таким способом агломератах наряду с Ca-оливином в связке присутствуют большие количества геденбергита Ca0-FeÖ-2Si02 [138]. Здесь мы имеем дело с проявлением одного из наиболее общих законов кристаллизации силикатных расплавов, сформу­ лированным для процесса охлаждения магмы Н. Боуэ­ ном. Порядок кристаллизации расплава сложного соста­ ва (магмы) представлен на рис.84. Каждый вышестоя­ щий минерал, реагируя с расплавом, образует минерал, стоящий ниже по ряду Боуэна. Таким образом, выделив­ шийся первым оливин реагирует в дальнейшем с распла­ вом с образованием пироксенов. Увеличение продолжи­ тельности взаимодействия кристаллов Са-оливина с ра­ сплавом в условиях агломерации также приводит к образованию геденбергита, т. е. к усложнению тонкой структуры силикатной фазы, к переходу от силикатов с изолированными тетраэдрами (S i04) 4- к силикатам со строчками из тетраэдров (Si20 6) 4-, другими словами от орто- к метасиликатам. Постепенное усложнение струк­ туры силикатов по мере увеличения времени крис­ таллизации магмы составляет основу всего ряда Боуэна, в конце которого стоят наиболее сложные каркасные си­ ликаты— полевые шпаты. При агломерации переход от оливина к пироксенам возможен лишь при резком увели­

150

чении времени кристаллизации расплава, т. е. при от­ ходе от традиционной технологии спекания.

Интересно, что усложнение структуры силикатов в связке и вызванное этим понижение величины отношения О : Si от 4 до 3 идет несмотря на рост концентрации кис­ лорода в газовой фазе. Выясняется, таким образом, что факторы времени и температуры при кристаллизации связи играют значительно большую роль, чем любой дру­ гой фактор, определяющий состояние системы. Геденбергит не может, конечно, образовываться в ходе реакций между твердыми фазами «на контакте между рудой и кварцем» [137] (стр. 71), так как ни в руде, ни в кварце не содержится необходимого количества СаО, входяще­ го в состав геденбергита. Вероятность существования тройного контакта Fe30 4 (FeO) с частицей извести (из­ вестняка) и кварца ничтожна. Нельзя не напомнить так­ же, что в твердой фазе в первую очередь возникают всег­ да лишь ортосиликаты.

Объяснение причин возникновения такого рода струк­ тур (кварц в контакте с геденбергитом) неизбежно при­ водит к рассмотрению особенностей взаимодействия оливинового расплава с остатками кварца шихты. Известно, что в природе реакция между ультраосновной магмой и кварцем всегда приводит к образованию пироксенов. В этом, между прочим, заключается причина отсутствия кварца в ультраосновных горных породах (дуните, пери­ дотите, пироксените). По аналогии с реакцией

MgO • FeO -Si02 + S i02-^MgO • FeO • 2Si02

Продукт реакции в этом случае действительно дол­ жен кристаллизоваться в контакте с остатками кварца.

Рассмотрим теперь несколько подробнее классифика­ цию офлюсованных агломератов по их минералогическо­ му составу.

При нормальном и повышенном расходах твердого топлива микроструктура слабоофлюсованных агломера­ тов может быть объяснена с помощью диаграммы состо­ яния системы СаО—S i02—FeO, вид которой к настоя­ щему времени хорошо известен (рис. 85, 86). На этой диаграмме (см. рис. 85) сторона 2 F e0 -S i0 2—FeO соот-

151

ветствует случаю кристаллизации неофлюсованного же­ лезистого расплава. Характерным здесь является неог­ раниченная растворимость в жидком виде (см. рис. 70) и отсутствие какой-бы то ни было взаимной раствори­ мости между фаялитом и вюститом в твердом виде (точ-

Рис. 85. Диаграмма состоя­ ния системы CaO—Si02—FeO

ке F на рис. 85 соответствует двойной эвтектике фая-

•Лит вюстит). Напомним, что диаграмма состояния магнетит — фаялит имеет аналогичный вид.

Магнетит: Ре30 4, кубический. В офлюсованных агломератах маг­ нетит содержит в составе твердого раствора до 0,2% СаО Г1411. Микротвердость магнетита в офлюсованном агломерате снижается до 696 кгс/мм2 (Г. М. Дроздов, 1969 г.), 560 кгс/мм* (Е. Ф. Вегман Ь. В. Перевезенцева, 3. Я. Шамрай, 1963 г., агломерат основностью 1,0 из криворожской руды).

Вюстит: Fe*0, кубический. В офлюсованных агломератах вюстит

152

1969 г.), 581 кгс/мм2 (Е. Ф. Вегман, Е. В. Переве.зенцева, 3. Я. Шамрай, 1963, агломерат основностью 1,0 из криворожской руды).

При вводе в систему СаО в твердой фазе на контак­ тах СаО—Fe203 и СаСОз—Р е 20 з образуются ферриты

кальция, которые затем разрушаются полностью при плавлении. Вследствие большого химического сродства,

врасплаве вся из­

в твердом виде раздельной кристаллизации 2Ca0-Si02 и 2F e0 -S i02 в шлаковой связке слабоофлюсованных агломератов не происходит. Образующийся твердый раствор ларнита в фаялите назван Са-оливином.

Ca-оливин: ромбический. Отражательная способность /?=7% . В отраженном свете темно-серый. Пластинчатые, стреловидные кри­ сталлы. В проходящем свете слегка бурый, постепенно обесцвечива­ ется по мере насыщения известью. Двупреломление высокое (0,046— 0,054),оно уменьшается с ростом концентрации СаО — в Са-оливине. Характерно прямое угасание в отношении удлинения; оптически от­ рицателен. 2П=48-Г-50° [138]. Показатели преломления чистых фаз см. на рис. 71. Показатели преломления Ca-оливинов в офлюсован­ ном агломерате из криворожских руд приведены в табл. 18.

В формуле Са-оливина [ (СаО)ж- (FeO)2_x-S i02] -х

может меняться от 0 (фаялит) до 1,1 (предельно насы­ щенный известью Ca-оливин). Среди Ca-оливинов необ­ ходимо отметить ферромонтичеллит CaO-FeO-Si02 ( х =

— 1), представляющий собой конгруэнтно плавящееся хи­ мическое соединение с характерной рентгенограммой. Напомним, что в отличие от Са-оливина и ферромонти-

153