Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Температуры начала размягчения руды и агломератов и температурные интервалы размягчения зависят от химического и минералогического состава руды, от контакта между частицами разных минералов, от степени восстановления и физического состояния руды. Эти физические характеристики измеряются прибором, схема которого приведена на рис. 89.
Тигель 8 с мелкозернистой рудой помещается в печь 9. На уровень слоя устанавливается фарфоровая трубка 7 с огнеупорным наконечником и грузом 5, расположенным вверху. В начале размягчения трубка под действием груза сжимает руду и врезается в размягчающуюся массу тем быстрее, чем интенсивнее идет процесс размягчения. Фарфоровая трубка центрируется подвижным кронштейном 6, а пером 1 фиксируется кривая размягчения на вращающейся ленте, расположенной на барабане 2. Внутри фарфоровой трубки проходит термопара 4, спай которой касается огнеупорного наконечника. Термопара соединена с гальванометром 3-Печь включается через реостат 12 рубильником 11. Амперметром 10 измеряется сила тока.
При определении температуры размягчения кускового материала образец определенного размера и формы сжимается двумя захватами и помещается в печь, температура которой медленно повышается. Сжатие образца передается шкале при помощи простейшей рычажной системы. Начало и течение процесса размягчения определяется по деформации образца.
Измерения температуры размягчения руды приближенны и относительны, поскольку в доменной печи усилия на руду переменны и не всегда близки к лабораторным. Ситовый состав руд и степень восстановления при разных условиях изменяются. Кроме того, и самое понятие размягчения применительно к материалам доменной плавки условно.
Тем не менее результаты исследований размягчения представляют интерес и дают некоторое понятие о течении этого процесса в доменной печи. Эти работы принадлежат Л.М. Цылеву, М.С. Гончаревскому, Г.А. Воловику, И.И. Горштейну, И.З. Козловичу, А.С. Аюкову и др.
Температура начала размягчения руд и агломератов изменяется от 700 до 1200°. Присутствие в рудах минералов с низкой температурой плавления или наличие условий, благоприятствующих образованию легкоплавких веществ, способствуют началу размягчения руды при более низкой температуре. Силикаты железа и их растворы с другими силикатами, глиноземом, кремнеземом, окислами железа дают легкоплавкие сплавы и эвтектики. Так, например, бисиликат железа (FeO*SiO2) плавится при 1110°; при добавлении к нему 18% бисиликата кальция (CaO*SiO2) температура плавления снижается до 1030° Файялит [(FeO)2 SiO2] плавится при 1260°, а присоединение к нему кремнезема или окислов железа заметно снижает эту температуру. Наличие в руде глинозема и солей щелочных металлов снижает температуру размягчения.
Температурный интервал размягчения также зависит от присутствия силикатов железа и условий их образования. Руды, содержащие силикаты железа, или агломераты с более высоким содержанием закиси железа и кремнезема размягчаются не только при низкой температуре, но и в узком температурном интервале. Это же относится к магнетитовым, мартитовым, лимонитовым рудам. Наоборот, кварцитовые руды, содержащие большие количества свободного кремнезема, размягчаются медленно.
На рис. 90 приведены кривые размягчения некоторых руд и агломератов по исследованиям Л.М. Цылева. Данные этого и других исследований показывают, что бурые железняки начинают размягчаться при температуре 700—800°; полное размягчение наступает при 900°. Низкая температура размягчения объясняется присутствием в пустой породе бурых железняков заметных количеств глинозема. Лимонитизированные мартиты, содержащие глинозем, также имеют низкую температуру размягчения; бурые железняки с 20% SiO2 и выше размягчаются при более низких температурах, чем богатые; криворожский кварцит, содержащий 38,4% SiC2, размягчается при 1020°, а мартитовая криворожская руда (3,4% SiO2) при 1080—1100°. Температурный интервал размягчения железных руд центра России небольшой, а у криворожских — широкий.
Магнетито-силикатная криворожская руда, содержащая силикаты железа, размягчается при более высокой температуре, чем бурые железняки. Размягчение начинается при 980° и заканчивается при 1060°.
Красковые криворожские руды, не содержащие силикатов железа, с повышенным содержанием кремнезема и глинозема размягчаются при 960—1070°, а высокоглиноземистые (6,3% Al2O3) — при 800°. Магнитогорский магнитный железняк размягчается при температуре 1140—1160°. Температурный интервал размягчения и вязкость его размягченной массы промежуточные между бурыми железняками и магнетито-силикатными рудами.
Агломераты начинают размягчаться при разных температурах в зависимости от содержания в них силикатов: нормальные — при 1030—1150°, закисные — при 950—1060°, причем температурный интервал размягчения агломератов более узок, чем интервал размягчения руд. Наиболее высокой является температура размягчения офлюсованных агломератов, содержащих мало силикатов железа, — 1150—1200°. Наоборот, агломераты из бедной руды, даже при нормальном содержании закиси железа, имеют высокую температуру начала размягчения и малый температурный интервал размягчения.
Недостатком большинства исследований размягчения является то, что они проводились в окислительной среде, в то время как в доменной печи атмосфера восстановительная.
Исследования показали, что частичное восстановление руды и агломерата понижает температуру размягчения. Так, температура размягчения криворожского агломерата, восстановленного на 25 и 60%, снизилась на 100—130°, частично восстановленных бурых руд — на 150—200°, а красных железняков на 130—160°. Это объясняется образованием силикатов из кремнезема и восстановленной закиси железа. В связи с этим бедные руды с повышенным содержанием SiO2 при частичном восстановлении быстрее понижают температуру начала размягчения, чем богатые. Наинизшая температура размягчения соответствует степени восстановления 30—40%, когда еще большая часть железа находится в виде FeO. С увеличением восстановления выше 50—60% температура размягчения повышается. Это объясняется уменьшением количества силиката вследствие восстановления железа из той его закиси, которая входила в силикат.
Скорость размягчения восстановленных гематитовых руд также меняется: увеличение ее начинается тогда, когда от окиси железа отнимается 11,1% кислорода, т. е. количество, необходимое для перевода Fe2O3 в Fe3O4. При дальнейшем восстановлении появляется FeO, дающая силикат, и скорость размягчения растет, достигая максимума при 20—30% восстановления. Понижение скорости размягчения наступает при восстановлении сверх 30%, т. е. когда уже все железо переведено в FeO. При прочих неизменных условиях руды с равномерно распределенными в массе зернами окислов железа и при тесной смеси их с породой быстрее размягчаются, чем руды с крупными и неравномерно распределенными зернами.
И.З. Козлович показал на примере руд Кольского полуострова, что тугоплавкая пустая порода повышает температуру размягчения и расширяет температурный интервал: руда с магнезиально-глиноземистой породой размягчается при температуре на 80—100° выше, чем криворожская, а температурный интервал размягчения ее составляет 280—300°. В том же направлении влияет CaO, содержащаяся в рудах и агломератах.
Изложенное дает представление о том, как минералогический и химический состав руд и агломератов, а также скорость их восстановления до начала размягчения могут повлиять на температуру и интервал размягчения, на процессы шлакообразования и свойства первичных и промежуточных шлаков.
Переходя к изучению свойств шлаков и факторов, на них влияющих, рассмотрим примерный их состав, общие физические и химические свойства.