» » Образование агломерата
02.06.2015

Условия получения агломерата требуемого качества определяют технологическими опытами, изменяя состав шихты и другие параметры спекания, изучая отдельные реакции, протекающие при агломерации, а также исследуя состав и свойства готового агломерата, в частности химическими и минералогическими методами. Большую помощь в раскрытии механизма спекания оказывает термографический анализ.
Обычно агломерат состоит из первичных минеральных компонентов и вторичных минералов, образовавшихся в процессе агломерации Среди первичных компонентов различают как неизмененные зерна руды и флюсов, так и частицы, потерявшие первоначальную структуру, но сохранившие физико-химические свойства. Вторичные компоненты встречаются в виде расплавившейся и затвердевшей стекловидной массы и в виде кристаллической фазы, причем кристаллы могли образоваться без расплавления или выделиться из расплава при охлаждении.
Образующаяся при агломерации жидкая фаза обволакивает твердые частицы, соединяя их в сплошной кусок агломерата. В общем случае прочность агломерата зависит от соотношения твердой и жидкой фаз равномерности распределения жидкой фазы, ее состава и условий охлаждения, а также от пористости агломерата. Скорость процесса агломерации, в свою очередь, во многом зависит от условий плавления и образования жидкой фазы. В то же время чрезмерное образование жидкой фазы препятствует выжигу серы и уменьшает восстановимость агломерата.
Цементирующая фаза свинцового агломерата изучалась В.И. Милентьевой и Г.И. Гнатышенко. Исследования показали, что первоначальной основой для образования жидкой фазы являются силикаты свинца, которые образуются в твердой фазе при 650—700° и начинают плавиться при 710—715°. Существенная роль принадлежит ферритам свинца, которые также образуются в твердой фазе, но при более высоких температурах (700—750°), и начинают плавиться при 750° В процессе дальнейшего нагревания ферритно-силикатный расплав растворяет свободные окислы свинца и железа, а также некоторые количества SiO2, CaO. Аl2О3, ZnO. При охлаждении из расплава выкристаллизовываются ферриты и силикаты свинца, а основная масса застывает в виде стекла. Стеклообразная структура с зарождающимися кристаллами при быстром охлаждении вызывает температурные напряжения и способствует хрупкости агломерата.
Степень развития жидкой фазы зависит от температуры в зоне спекания и от содержания свинца; в богатых агломератах, содержащих 40—42% Рb, доля жидкой фазы достигает 50%. в бедных агломератах с 29—33% Рb доля жидкой фазы составляет в среднем 30—40%.
Исследование шлифов показало, что наряду со вторичными образованиями остывшей жидкой фазы заводский агломерат содержит значительное количество включений кварца, железной руды и известняка, оплавленных с поверхности и незатронутых в центре. Опыты по замене известняка известковым молоком показали возможность повышения прочности агломерата и выхода годной части, повышения вертикальной скорости спекания с 9,5 до 12 мм/мин некоторого увеличения десульфуризации и устойчивости при хранении.
При агломерации железных руд спекание происходит за счет сцепления кристаллов окислов железа при их укрупнении под влиянием высокой температуры и связывания жидкоплавким стеклом. Главнейшим минералом, составляющим железный агломерат, является магнетит, содержание которого в отдельных случаях доходит до 90%. Из силикатов наибольшее распространение имеет файялит; чем ниже содержание железа в агломерате, тем больше в нем файялита. Формирование агломерата происходит в твердом, вязком и жидком состояниях. При пониженных температурах образование жидких фаз в агломерате мало развито, и он отличается малой прочностью. При избытке горючего получается оплавленный прочный агломерат с пониженной способностью к восстановлению газами.
В последние годы в черной металлургии уделяют большое внимание получению офлюсованного агломерата.
При агломерации железной руды с известняком повышаются газопроницаемость шихты и производительность агломерационной машины. Объяснение этому дано Д.Г. Хохловым и В.Я. Миллером, установившими, что в этом случае, наряду с силикатами окиси кальция окиси магния, связующей жидкой фазой являются также ферриты окиси кальция с температурой плавления ниже 1230°; это обстоятельство, позволяя получать прочный агломерат при более низкой температуре, снижает сопротивление зоны высоких температур и соответственно увеличивает газопроницаемость шихты.
Недостатком офлюсованного агломерата является склонность его к растрескиванию вследствие увеличения объема при перекристаллизации моносиликата 2СаО*SiO2 при 675°. Вместе с тем, если в готовом агломерате сохранилась свободная окись кальция, гидратация ее при длительном хранении вызывает распад продукта. Измельчение известняка, замена его известью и тщательное перемешивание шихты обеспечивают полное связывание окиси кальция в процесс агломерации.
Применение офлюсованного агломерата улучшает показатели доменной плавки и упрощает загрузку домны. Офлюсованный агломерат обладает лучшей восстановимостью, плавится быстрее и требует меньшего расхода кокса. Переход на плавку офлюсованного агломерата улучшил показатели Магнитогорского металлургического комбината и ряда других заводов.
Наименее прочным получается агломерат из окисленных никелевых руд.
Работами В.И. Белоусовой и И.А. Гулевитской, а также Г.П. Коршунова и Н.Г. Молевой, П.С. Кусакина и С.В. Ивановой показано, что основным связующим веществом в агломерате окисленных никелевых руд являются пироксены — природные железомагниевые силикаты, претерпевшие в процессе спекания лишь физические преобразования. Наибольшее распространение имеет гиперстен (FeMg)SiO3, а также энстатит (МgSіО3), файялита содержится не более 2—3%.
Из минералогических составляющих хуже других спекаются нонтрониты, содержащие мало пироксенов. Состав их неоднороден (много кремнеземистых включений и магнетита); превращения, вызванные нагреванием, заканчиваются при температуре выше 1000°, а высокое содержание конституционной влаги создает большую пористость и ноздреватость. Несколько лучше спекаются серпентиниты, содержащие больше силикатов магния и меньше свободного кремнезема. Однако и в серпентинитах процессы минераллобразования заканчиваются лишь при температуре 1150—1200° и идут они медленно.
Исследования показали, что 85% кремнезема нонтронитов переходит в агломерат в виде свободного кварца и кристобаллит а, а из серпентинитов — только 50% кремнезема. Железо нонтронитов на 15% представлено магнетитом, на 61% — магнезиоферритом; железо серпентинитов находится на 14% в магнетите, на 36% — в магнезиоферрите. Более высокая степень перехода кварца в силикаты при агломерации серпентинитовых пород и объясняет причину большей прочности агломерата из серпентинитов по сравнению с нонтронитами.
Анализ готового агломерата окисленных никелевых руд показывает, что в нем содержится много первичных минеральных компонентов (неизмененных обломков серпентинитов и неспекшейся ионтронитовой мaccы, а также потерявших структуру частиц) и мало остывшей жидкой фазы, которая представлена аморфной массой из расплавившегося и остывшего стекла (главным образом из нонтронитов) и кристаллической фазы из новообразовавшихся силикатов и магнетита.
Прочность агломерата повышается с увеличением доли жидкой фазы и увеличением в ней раскристаллизованной массы, а также при снижении ноздреватости и пористости. Замечено, что в прочных кусках агломерата в 2—3 раза больше кристаллической фазы, чем в аморфной.
Из всего изложенного следует, что для получения прочного агломерата необходимо:
1. Шихтовать материал или составлять такую смесь руд, чтобы получались легкоплавкие силикаты или ферриты, образующие жидкую фазу, цементирующую всю шихту в прочные куски агломерата.
2. Тщательно перемешивать шихту для получения однородного состава, чтобы жидкая фаза была равномерно распределена.
3. Добиваться образования достаточного количества жидкой фазы за счет введения флюсов, оборотного шлака или возврата, а также путем достаточной выдержки в зоне высоких температур, обеспечивающей полноту преобразования структуры. При наличии тугоплавких компонентов создавать в слое достаточно высокую температуру.
4. Для уменьшения ноздреватости агломерата желательно осуществлять полное удаление конституционной влаги до процесса оплавления и кристаллизации или производить дополнительное уплотнение шихты после дегидратации.
5. Агломерат охлаждать постепенно, особенно осторожно снижая температуру в области переходных точек, характерных для данного состава агломерата, чтобы увеличить прочность стекловидного шлака.