автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование влияния начальной плотности на процесс спекания и металлургические свойства окатышей

^^ |9эа

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРВДЕГО СПЩИАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ СССР

'МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСОИЗУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

аспирант С.Г.САБЕЛЖВ

«

■п

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЙ НАЧАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ НА ПРОЦЕСС СШКАНШ И МЕТАЛЛУР1МЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ' ОКАТЫШЕЙ

(Специальность * 05.16.02-"Металлургия черных металлов"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

Заслуженный деятель науки и техники РСФСР профессор,доктор технических наук

А.Н.ПОШСНЕВ

ч

Москва 1976

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

1. Введение .......................................... 4

»

2. Современные представления о влиянии начальной плотности на процесс спекания и металлургические свойства окатышей ..................................... 7

л 2.1. Влияние пористости сырых окатышей на металлургические свойства обожженного продукта................7

2.2* Механизм и кинетика процесса спекания железо -

рудных материалов ............................ 14

2.3» Влияние свойств шихты и режима о комкования на

пористость сырых окатышей .................... 24

2.4. Краткие выводы и постановка задач исследования 38

3. Исследование влияния состава шихты на пористость сырых окатышей и зависимости между начальной плот -ностью и металлургическими свойствами обожженного продукта........................................... 3 9

3.1. Характеристика используемых материалов и методика исследования............................ 59

3.2. Влияние начальной плотности на металлургические свойотва обожженных брикетов................. 45

3.3. Влияние состава шихты и режима о комкования на процесс уплотнения и свойства сырых окатышей.. 56

3.4. Влияние начальной плотности на качество обожженных окатышей .............................. 71

3.5» Выводы ........................................ 64

к

4. Исследование кинетики спекания и упрочнения окатышей разной плотности .............................. 86

4.1. Методика проведения исследований.............. 86

г

4.2. Кинетика ссекания окатышей различной начальной плотности ..................................... 90

4.3. Кинетика упрочнения окатышей, имеющих разную начальную пористость......................... Ц2

4.4. Выводы....................................... 124

5. Промышленное исследование влияния начальной плотности на качество обожженных окатышей ................. 126

*

5Л. Характеристика оборудования и материалов, методика исследования............................. 126

5.2. Влияние режима работы о комковат еля на плотность сырых окатышей................................ 131

5.3. Влияние начальной пористости на металлургиче -

с кие овойства обожженных окатышей ............. 141

5.4. Экономическая эффективность повышения плотности сырых окатышей ................................ 144

5.5. Вывода ................................................................................145

6. Общие выводы .....................................................147

Список литературы ...................................................................149

Приложения....................................................../65

к «

5

I. ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с "Основными направлениями, развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы", принятыми НУ съездом КПСС, производство железорудных окатышей в нашей стране должно возрасти в 2,3 раза. Наряду со значительным увеличением производства * окатышей необходимо дальнейшее улучшение их качества. Важнейший показателем качества обожженных окатышей является их прочность как в холодном состоянии, так и в процессе восстановительно-тепловой обработки. Применение более прочных окатышей с низким содержанием пустой породы позволит улучшить технико-экономические показатели их передела.

Технология производства окатышей, пригодных к металлургическому переделу, состоит из двух ооновннх этапов - получения сырых окатышей и их упрочняющего обжига. Подавляющее большинство исследований процесса получения окатышей, с целью улучшения их качества, связано с изучением влияния на свойства окатышей состава шихты и режима упрочняющего обжига. В отличие от этого, в основу проведенного исследования положено изучение зависимости металлургических свойств обожженного продукта от качества сырых окатышей, которое, при прочих равных условиях, зависит от способа и режима окомковавия.

Целью настоящего исследования явилось изучение возможностей повышения прочности обожженных окатышей и интенсификации процесса их обжига за счет повышения плотности сырых окатышей. Для этого были изучено влияние плотности сырых окатышей на метал -лургические свойства обожженных окатышей, в зависимости от состава окатышей и режима окислительного обжига, исследовано влияние начальной плотности на процесс спекания и упрочнения окаты-

шей в ходе обжига, а также изучено влияние состава шихта и режима окомкования на процесс уплотнения сырых окатышей.

На защиту выносятся следующие основные соложения:

1 - металлургическими свойствами обожженных окатышей можно управлять изменяя их начальную пористость путем изменения режима о комкования;

2 - влияние режима о комкования на пористость сырых окатышей

• и металлургические свойства обожженного продукта тем сильнее,чем более неравномерен гранулометрический состав шихты окомкования и чем меньше содержание пустой породы в окатышах;

3 - уменьшение пористости сырых окатышей из магнетитового кон* центрата не изменяет механизма их спекания при упрочняющем окислительном об юге, но приращение прочности за одно я то же время спекания при этом увеличивается.

Практическая ценность работа заключается в выявлении резерва существенного повышения прочности обожженных окатышей путем увеличения их плотности в исходном (необожженном) состоянии, установлении конкретных условий, в которых достигается наибольшая эффективность того пути улучшения качества металлургического сырья, а также рекомендациях по режиму окомкования, обеспечивающему получение сырых окатышей повышенной плотности.

Работа выполнена на кафедре рудн о термических процессов Московского института стали и сплавов. Основные положения диссертации разработаны автором совместно с сотрудниками кафедры проф. А.Н.Похвисневым, проф.Ю.С.Юсфинш, доц.Н.Ф.Пашковым.

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, двух глав экспериментальной части, выполненной в лабораторных условиях, главы, написанной на основании промышленных исследований, и выводов.

Диссертация содержит 164 страницумашинописного текста (без приложений), в том числе 23 таблицы, 23 рисунка и список литературы, имеющий 162 наименования. К работе приложены копии актов, составленных по результатам промышленных испытаний.

2. СОВРШШШ ПРОСТАВЛЕНИЯ О ВДЩНШ НАЧАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ НА ПРОЦЕСС СПИСАНИЙ И МЕТАЛЛУРШКСКИЕ

СВОЙСТВА ОКАИШВЙ

2.1. Влияние пористости сырых окатышей на металлургические свойства обожженного продукта

Технология получения железорудных окатышей, пригодных для ♦ металлургического передела, состоит из двух основных стадий -получения сщ)нх окатышей и их упрочнения (обжиговым или без -обжиговым способом). Поэтому свойства готового продукта определяются как качеством исходных окатышей, так и режимом их упрочняющей обработки.

Одно из первых заключений о связи между свойствами сырых и обожженных окатышей сделано Тигершёльдом ( "Пдег^сА |'6Ы ) и Ильмоии (Нтол<). в работах Д,2/ содержится вывод о том, что качество сырых окатышей имеет решающее влияние на эффективность проведения последующих операций и на свойства конечного продукта. Несмотря на это, исследований, посвященных непосредственно-му влиянию определенных показателей качества сырых окатышей, и, в частности, их пористости или прочности, на процесс упрочняющего обжига и свойства готового продукта выполнено сравнительно немного.

Чанг (СЬапд) и Малькольм (Ия^оЬт.) /з/, исследовавшие влияние различных технологических показателей на качество обожженных окатышей, определяли также влияние прочности сырых окаты-4 идей, которую изменяли варьированием режима окомкования. Установлено, что для трех (магнетитовой и двух гематитовых) из четырех исследованных типов руд прочность сырых гранул оказывает наибольшее влияние на прочность обожженных и восстановленных окатышей. Так, увеличение прочности сырых окатышей магнетито -

вых с 1,2 до 2,3 и гематитовых с 0,9 до 1,4 кг/окатыи привело к возрастанию прочности обожженных окатыше! с 215 до 265 и с 230 до 355 кг/окатыш, а восстановленных с 39 до 58 и с 50 до 66 кг/окатыш соответственно. Улучшился показатель барабанной пробы и показатель Линдера. При это» восстановимость окатышей снизилась примерно на 4% (относительных). Повышение исходной прочности окатышей из землистого гематита, обладающего удедь-* ной поверхностью 2500 см2/г и имеющего поэтому очень большую усадку при обжиге, не оказало существенного влияния на качество обожженных окатышей*

В работе Н.Н.Бережного и др./4/, показывающей зависимость между пористостью обожженных окатышей и их металлургическими

г

свойствами, ореди факторов, влияющих на характер и величину пористости, а, следовательно, и качество обожвенных окатышей, отмечается и пористость исходных окатывей.

Весьма ограниченное число исследований по влиянию качества сырых окатышей на их свойства после обжига,вероятно,связано с тем, что существующие требования к качеству сырых окатышей

»

/5,6,7/, которые, как правило, сводятся в основном к показателям, характеризующим их прочность, термостойкость и грануломет рический состав, обусловлены прежде всего теми механическими и тепловыми воздействиями, которым подвергаются окатыши в ходе транспортировки к обжиговому агрегату и термообработки в процессе упрочняющего обжига, а не стремлением улучшить качество готового продукта. Считается, что достижение определенных (по , существу минимальных) значений исходной прочности сырых окатышей, при которых они не должны разрушаться в ходе всех процессов, предшествующих их уцрочнению, обеспечивает возможность приобретения окатышами необходимых металлургических свойств при упрочняющем обжиге. Весьма характерны в этом отношении

взгляда Б.Питча (Рсе^сЬ) /8/. По его мнению имеется противоречие в требованиях к качеству исходных окатышей, которые,чтобы ш разрушиться при транспортировке к обжиговому агрегату »долены быть прочными, а чтобы не разрушиться при нагреве в ходе упрочняющей термообработки,должны быть пористыми. Так как указанные требования противоречат возможностям процесса грануля -ции, он предлагает решать их путём комцромиса.

Из теории спекания, лежащей в основе современных представлений о процессе упрочняющего обжига окатышей /7/,известно,что начальная пористость материала, при одинаковом режиме об жига, определяет его пористость после спекания:

^ *coиsí, (2.1.)

где и Ус - объем пор до и после спекания. Эта закономерность (при условии, что процесс спекания не нару -шен сопутствующими процессами, влияющими на объем спекаемого тела), впервые установленная В.А.Ивенсоном /9/, являете я теоретической предпосылкой возможности регулировать пористость обожженных окатышей изменением их пористости в исходном состоянии.

В последние годы пористость обожженных окатышей »величина и характер которой тесно связана с другими важнейшими металлургическими свойствами окатышей, служит объектом изучения многих исследователей /4,7,10-16/.

Японскими исследователями /10/ установлена зависимость между кажущейся плотностью обожженных окатышей и их прочностью, а также восстановимоетью. Аналогичная работа проведена в Чехосло -знании /II/.Выведенные уравнения позволяют вычислять прочность и восстановимоеть окатышей по известной общей и открытой пористости. Общий вывод работ /10/ и /II/ таков - по пористости (кажущемуся удельному весу) можно легко и оперативно производить качественную оценку окатышей.

В нашей стране изучение взаимосвязи пористости обожженных окатышей с их прочностью и другими показателями проводилось в МЙСиС /7,12/, ИЧМ /13,14/. Механобрчермете /4/ и других организациях /15,16/. Результаты этих исследований показывают,что, как правило, с уменьшением пористости прочность окатышей в холодном состоянии и при восстановлении повышается. Так, для неофлюсованных окатышей из концентрата ССГОКа,обожженных в нейтральной атмосфере при 1250°С выявлена следующая эмпирическая зависимость прочности от пористос-

При обжиге окатышей различного состава в окислительной атмо-* сфере установлена зависимость между прочностью и пористостью обожженных окатышей, близкая к прямолинейно!, которая может быть о ни-

где Р - прочность на раздавливание, кг/окатыш;

П - пористость, В работе /14/ обращается внимание на связь открытой пористости с прочностью окатышей на истирание и на раздавливание .Показано,что уменьшение открытой и общей пористости будет способствовать увеличению прочности обожженных окатышей.

Изучение зависимости комплекса прочностных свойств окатышей - прочности на раздавливание, прочности на жстирание, барабанной пробы и прочности после восстановления - от их пористости показа-

» л

ло наличие между ними тесной корреляционной связи /4/. Авторы • этой работы делают вывод,что требованиям доменного производства отвечают окатышы пористостью не выше 30%. Увеличение пористости обожженных окатышей свыше 30% связано с ухудшением их качеотва.и, в первую очередь, прочности при восстановлении.

(2.2«)

сана уравнением /4/:

Р = 598,7 - 10,67 П

(2.3.)

Как показано в работах /7,12,15/,на прочность влияет не только величина общей пористости, но также параметры структура: средний размер пор и соотношение между порами разного размера. Уста-новлено /7,12/, что коалесценция пор, приводящая к увеличению их размера, сопровождается росток прочности обожженных окатышей.Изучение пористости окатышей с помощью ртутного поромера /15/ показав ло, что неравномерность структуры окатышей, оцениваемая соотношением между объемами пор разных радиусов, лучше характеризует их прочность, чем величина общей пористости. Более равномерная пористость , окатышей указывает на улучшение их прочностных свойств.

Из теории и практики окомкования известно,что пористость сырых окатышей зависит от свойств шихты и режима окомкования. В этой * связи представляют интерес работы, в которых изучалось влияние гранулометрического состава (удельной поверхности) комкуемого ма -

»

териала на качество обожженных окатывей. Такие исследования, хотя они обычно и не содержат данных о влиянии грансостава на показатели качества исходных окатышей, являются, тем не менее, одновременно также исследованиями влияния начальной плотности на свойства ' обожженного продукта.

В уже упоминавшейся работе /3/,измельчение магнетитового концентрата не привело к ожидаемому улучшению прочности обожженных офлюсованных окатышей, а прочность не офлюсованных о каты лей при этом даже снизилась из-за уменьшения скорости окисления магнетита и наличия не оки еле иного ядра в центре окатышей из более тонких концентратов. При удлинении периода нагрева в: ходе обжига, прочность окатышей и показатель их разрушав мости по Линдеру, с увели-

4 «

чением удельной поверхности концентрата, значительно улучшились. . Более тонкое измельчение гематитового концентрата позволило не -сколько улучшить прочность обожженных окатышей и значительно повысить прочность восстановленных окатышей. Обнаружено наличие определенного уровня тонины измельчения концентрата, превышение

которого не сопровождается ростом прочное та окатышей.

Проведенное в Японии изучение зависимости между прочностью гематитовых окатышей и содержанием в гах мелких фракций крупностью < 10 мкм показало /17/ прямолинейный рост прочности с увеличением количества тонких фравдкй.

В работе /18/ подчеркивается, что независимо от основности шихты, решающее значение для прочное та на истирание обожженных окатышей из гема патовых руд имеет удельная поверхность шихты .Чем она выше, тем меньше истираются окатыши.

А.Н.Спектор и А.Н.Пыриков /19/ установив, что при быстром нагреве (со скоростью 250-260 град/мин) до температуры обжига металлургические свойства как неофлюсованных, так и офлюсованных окатышей из концентрата ЦГОКа с увеличением его удельной поверхности ухудшается. Это вызвано одновременным протеканием процессов спекания и окисления магнетита, что приводит к появлению в структуре окатышей напряжений и мшфотревдш. Отрицательное влияние на металлургические свойства окатышей удельной поверхности концентрата снижается цри понижении скорости нагрева, а при плавном нагреве со скоростью 62-65 град/мин, с увеличением удельной поверх-

прочность окатышей возрастает ности концентрата. Авторы подчеркивают при этом решающее значение

плотности оырых окатышей, увеличивающейся с уменьшением крупности концентрата.

Аналогичные результаты получены Л.А.Др«жиловым, Н.Н. Бережным и др./20/, изучавшими влияние удельной поверхности концентрата на свойства обожженных окатышей. Так, было установлено, что с увеличением удельной поверхности концентрата СевГОКа с 2100 до 4000 г пористость обожженных офлюсованных окатышей снижается с 34,8 до 28,8%. Умен�