Качество окатышей оценивается в основном теми же показа­телями, что и агломерата.

Обожженные окатыши отличаются высоким содержанием же­леза, большой механической прочностью, хорошей восстановимо­стью, а также однородностью химического и гранулометрическо­го составов. Содержание железа в неофлюсованных окатышах обычно составляет 63—66%, в отдельных случаях оно достигает 68% и более.

На всех промышленных фабриках за рубежом производят не - офлюсованные окатыши. Исключение составляют окатыши фаб­рики фирмы «Кливленд Клиффе Айрон» (США), где к концент­рату с 8% кремнезема добавляют 2,5% известняка, главным об­разом, для повышения прочности сырых и обожженных окаты­шей, и фирмы «Кобэ Стил» (Япония) (основность 1,3—1,4). Хи­мический состав железорудных окатышей некоторых зарубежных промышленных фабрик [24] приведен в табл. 26.

Механическая прочность обожженных окатышей характери­зуется результатами барабанных испытаний, а также испытаний на сжатие. Единой методики испытаний до настоящего времени не имеется. За рубежом наиболее распространена следующая методика. Проба окатышей весом 11,5 кг загружается в барабан ASTM, предназначенный для испытания кокса, после 200 оборо­тов барабана при скорости вращения 24 об/мин проба выгру­жается и подвергается рассеву на сите с отверстиями размером 1,64 мм. Барабанное число, эквивалентное выходу класса + 1,65 мм, составляет в промышленных условиях 85% и более. Эта методика принята фирмой «Ризерв Майнинг» в качестве стандартной с той лишь разницей, что барабанное число соот­ветствует выходу класса — 0,6 мм. Считается, что окатыши с ба­рабанным числом 6% удовлетворительно переносят транспорти­ровку. Содержание класса +10 мм после барабана должно быть не более 90%. На фабрике «Эри Майнинг Ко» качество окаты­шей оценивается по содержанию класса +6,7 мм после испыта­ния в барабане ASTM. При этом барабанное число обычно со-

Химический состав окатышей Страна, фирма Содержание, % Fe Si02 CaO А12Оз MgO Мп 5 Р США «Ризерв Майнинг».................................. 63,3 8,00 0,40 0,50 0,60 0,25 0,005 0,026 «Эри Майнинг Ко»................................. 62,4 9,01 6,58 0,30 0,42 0,05 0,012 0,016 «Бетлехем Стил»: «Лебанэн»................................................ 63,3 4,81 1,40 1,73 1,73 0,07 0,018 0,005 «Грейс Майн»......................................... 66,0 2,70 0,40 0,70 1,80 Нет сведений 0,020 0,006 Канада «Марморатон Майнинг»........................ 64,5 4,12 1,15 0,65 1,03 0,11 0,016 0,012 «Хилтон Майн»....................................... 66—67 1,9-2,15 0,2 0,3-0,4 1,4-1,6 0,08-0,09 0,015—0,020 0,005 «Интернейшнл никель Ко»............................... 68,0 1,5 0,25 0,65 0,30 0,05 0,01 0,003 Швеция «Мальмбергет»........................................................... 68,59 0,69 0,48 0,35 0,30 0,05 0,001 0,013 Перу «Маркона майнинг»................................................ 68-70 0,5-1,5 Нет сведений 0,2—0,7 Нет сведений 0,14 0,05 0,01 Япония «Кавасаки Сэйтэиу» і............................. і 58,7 1 7,59 1,70 2,64 1,24 0,28 0,077 0,109

ставляет более 95%. Окатыши фабрики «Маркет Айрон Майнинг Ко» (США), полученные на комбинированной установке, харак­теризовались выходом класса +6,7 мм (после барабанного испы­тания) 95,2% для обычных и 96,5% для офлюсованных ока­тышей.

На заводе в Хилтон Веке (Канада) установлено, что домен­ные окатыши должны содержать не более 1% класса —6,4 мм и не менее 95% класса 10—16 мм. После испытания в барабане ASTM выход класса +6,4 мм должен составлять не менее 95%. На таких окатышах могут быть достигнуты высокие показатели доменной плавки.

Сопротивление раздавливанию обожженных магнетитовых окатышей изменяется от ПО до 2540 кГ/окатыш в зависимости от размера окатышей, технологии и температуры обжига, спосо­ба окатывания, типа применяемых добавок, а также минералоги­ческого состава и физических свойств концентрата.

Сопротивление раздавливанию гематитовых окатышей диа­метром 25 мм, полученных с добавкой 3% соды при температуре обжига 1300° С, достигало 1370 кГ1окатыш. Аналогичной величи­ной характеризовалось сопротивление раздавливанию окатышей диаметром 19 мм из кристаллического гематита, полученных с добавкой бентонита при температуре обжига 1400° С.

Минимальные значения прочности на сжатие для окатышей диаметром 6,4 мм—13,6 кГ/окатыш, диаметром 25 мм — 360 кГ/окатыш. Сопротивление раздавливанию окатышей фабри­ки «Гумбольдт Майнинг Ко» (США) диаметром 13 мм — 340 кГ/окатыш, а окатышей диаметром 9,5 мм — 227 кГ/окатыш. Обожженные окатыши фабрики «Кавасаки Сэйтэцу» имеют прочность на раздавливание 620—680 кГ/окатыш.

Крупность окатышей, подвергаемых обжигу в шахтных печах, изменяется от 15—20 до 30—36 мм. На конвейерных машинах обычно обжигают окатыши диаметром 9—12 мм. Исключение со­ставляет установка в Сэдбэри (Канада), где получают окатыши диаметром 25—30 мм, используемые затем в сталеплавильном производстве (табл. 27).

Лабораторными исследованиями установлено, что восстанови­мость обожженных окатышей с пористостью около 30% прибли­жается к легковосстановимым рудам и превышает восстанови­мость агломерата. При восстановлении указанных материалов в токе водорода при 816°С время, необходимое для отнятия 90% кислорода, составляло в среднем для 16 типов руд 17,3 мин, для трех проб окатышей — 24,1 мин и для 73 проб агломерата —

46,5 мин [86].

В Советском Союзе производят офлюсованные окатыши в про­мышленных условиях. Прочность окатышей на истирание, как и агломерата, определяют испытанием в барабане конструкции П. Г. Рубина. Кроме того, измеряют сопротивление окатышей сжатию. Менее распространенным является испытание окатышей

 

на удар, при котором проба материала сбрасывается несколько раз на стальную плиту с высоты 2 м и затем рассеивается для определения выхода фракции +5 мм. Более точное значение прочности окатышей дает определение раздавливающего усилия, которое может производиться на гидравлическом или рычажном прессе. Однако прочность на раздавливание зависит от размера окатышей.

Для определения влияния размера окатышей на их прочность и содержания в них закисй железа и серы были отобраны пробы окатышей различных фракций весом 100 кг (основность 1). Ре­зультаты испытания этих проб приведены в табл. 28.

Таблица 28 Характеристика окатышей основностью 1 различной крупности Фракции, мм Прочность Содержание, % на раздавливание, кГ / окатыш барабанная проба, % FeO S 5—10 73 4,95 0,020 10—15 124 9,7 5,55 0,021 15—20 155 11,24 6,20 0,022 20—25 143 12,7 6,75 0,025 25—30 135 17,5 9,0 0,030

Офлюсованные окатыши из концентрата Соколовско-Сарбай - ского горно-обогатительного комбината имеют более благоприят­ный минералогический состав, чем неофлюсованные. При высо­ких температурах обжига, необходимых для наиболее полного удаления серы, в офлюсованных окатышах образуется меньшее количество трудновосстановимых минералов [58].

Прочность железорудных материалов во время нагрева и вос­становления снижается. Поэтому продолжается разработка мето­дов одновременного определения прочности и восстановимости в условиях, приближающихся к имеющимся в шахте доменной пе­чи [34].

Наиболее перспективными из этих методов можно считать метод Линдера (Швеция) и метод фирмы «Кобэ Стил» (Япония). Испытания окатышей по методу Линдера проводятся в электри­ческой трубчатой печи диаметром 100 мм и длиной 300 мм, вра­щающейся со скоростью 30 об/мин. Во время опыта печь проду­вается восстановительным газом, расход которого составляет 15 л/мин. Состав этого газа и скорость нагрева печи изменяются по ходу опыта, который длится 5 ч. В течение первых 2 ч печь нагревают от комнатной температуры до 700° С, затем в течение 2 ч температуру в печи поднимают до 900° С и еще за И до 1000° С. Во всех периодах опыта в продувочном газе содержится 57,5% N, 0,5% Н и 2% Н2О. Содержание СО2 и СО по периодам

изменяется: I—10% СО2 и 30% СО, II — 5% С02 и 35%‘ СО,

III—2% С02 и 38% СО.

Перед началом опыта в печь загружается 500 г окатышей размером 10—20 мм и 200 2 кокса крупностью 20—25 мм и печь в течение 5 мин продувается азотом. После окончания опыта печь продувается азотом в течение 1 ч. Расход азота на продувку пе­чи составляет 2 л/мин. Охлажденный материал выгружается из

печи, кокс отделяется от окаты­шей. Показателем прочности служит выход класса —1 мм в восстановленных окатышах.

Пригодными для транспорти­ровки и доменной плавки счи­таются окатыши, имеющие пока­затель Линдера равный 6%. Окатыши промышленных фаб­рик Соколовско-Сарбайского и Центрального горнообогатитель­ных комбинатов имеют показа­тель Линдера, равный соответ­ственно 7,4 и 11,7, что свиде­тельствует о необходимости увеличения прочности этих ока­тышей путем повышения темпе­ратуры их обжига

Схема установки для опреде­ления газопроницаемости и усадки слоя железорудного мате­риала при восстановлении по методу фирмы «Кобэ Стил» по­казана на рис. 68. Проба мате­риала крупностью 10—16 мм по­мещается в реакционную жаро­стойкую трубу диаметром 75 мм и длиной 1400 мм. Вес пробы—1 кг. Нижние окатыши лежат на решетке. Механическая нагрузка на пробу осуществляется што­ком с поршнем, связанным системой рычагов с грузом. Реакцион­ная труба обогревается снаружи электропечью мощностью 15 кет. В начале опыта проба нагревается до 200° С в атмосфере ней­трального газа. Затем в реакционную трубу подается восстанови­тельный газ и производится нагрев пробы по заданной программе. Длительность опыта с подачей восстановительного газа составляет 270 мин. Максимальная температура нагрева пробы 1100° С. Рас­ход газа-восстановителя в течение опыта поддерживается в пре­делах 14—16 л/мин. Скорость нагрева пробы в интервале времени 0—50 мин составляет 12° С/мин, в интервале 50—270 мин — 1,36°С/мин. Состав газа-восстановителя изменяется походу опыта (табл. 29).

Изменение состава газа Интервал, мин Состав газа, % СО со2 Н2 N 0—50 27 13 2 58 50—110 32 8 2 58 110—160 40 2 2 56 160-270 40 0 2 58

Рис. 69. Результаты испытаний различных окатышей под нагрузкой: 1—1' — неофлюсованные обожженные на установке «решетка-трубчатая печь»; 2—2' — офлюсованные обожженные на установке «решетка-трубчатая печь», основность 1; 3—3'— то же, основность 1,3; 4—4' — то же, основность 1,4; 5—5' — лабораторные окатыши, основ­ность 1,6, температура обжига 1280е С; 6—6' — то же, температура обжига 1220° С; 7—7' — неофлюсованные обожженные в шахтной печи; 8—8' — неофлюсованные обожженные на конвейерной машине; Т5 — температура 50%-ной усадки

Во время опыта регистрируются изменения высоты слоя ма­териала и перепада давления восстановительного газа на входе и выходе реакционной трубки, которые являются показателями прочности окатышей при восстановлении. Результаты опытов по­казывают (рис. 69), что наименьшую прочность при восстановле­нии имеют неофлюсованные окатыши, обожженные на конвейер­ной колосниковой машине. Повышение температуры обжига и ос­новности приводит к увеличению прочности окатышей при вос­становлении.

В отличие от этих процессов при восстановлении агломерата (рис. 70) наблюдается скачкообразное изменение усадки пробы,

5 Н. Н. Бережной и др. 129

которое, по-видимому, может быть объяснено особенностью фор­мы его частиц. Вследствие лучшего сцепления частиц в начале процесса прогрева и восстановления агломерат имеет более жест­кую структуру слоя, чем окатыши. Потеря прочности при восста­

новлении в частицах агломерата происходит, в первую очередь, на участках, ослабленных макропористостью, что соответствует резкому увеличению усадки пробы.

Из сопоставления результатов испытаний можно сделать вы­вод, что прочность неофлюсованного агломерата при восстанов­лении выше, чем неофлюсованных окатышей. Усадка офлюсован­ного агломерата мало отличается от усадки офлюсованных ока­

тышей, а увеличение перепада давления в агломерате меньше, чем у окатышей. Таким образом, офлюсованные окатыши ведут себя в процессе восстановления подобно офлюсованному агломе­рату, сохраняя при этом преимущество шарообразной формы и более равномерного ситового состава.

При нагреве окатышей и агломерата в нейтральной атмосфе­ре разрушения их и увеличения перепада давления в интервале температур 800—1100° С не наблюдается.

Окатыши имеют более узкий диапазон крупности по сравне­нию с рудой или агломератом. Использование их в доменных пе­чах значительно улучшает газопроницаемость шихты.

По результатам исследований на заводе в «Хилтон Веке» (Ка­нада) относительная газопроницаемость шихты составляет: не - грохоченного агломерата—100%, грохоченного калиброванного агломерата— 118%, негрохоченных окатышей— 142%, грохочен­ных окатышей— 155%.

Поскольку практически невозможно моделирование в лабора­торных установках всего комплекса разнообразных и изменяю­щихся во времени условий работы металлургических печей (тем­пературы, окислительно-восстановительные свойства газовой фа­зы. механические воздействия на материал), наиболее объектив­ную оценку металлургических свойств материалов можно полу­чить лишь в результате проведения опытных плавок в промыш­ленных печах [15].

Рассмотрим эффективность работы доменной печи при замене различного исходного сырья окатышами.

На доменной печи в Мидлтауне (США) в результате замены неподготовленной руды, содержащей 50% железа, окатышами с содержанием 61% железа получено увеличение производительно­сти на 92% и снижение расхода кокса на 21%. Экономия кокса за счет уменьшения выхода шлака составляет около 18%, а рост производительности вследствие увеличения содержания железа в шихте и сокращения расхода кокса — 60%. Улучшение грану­лометрического состава шихты при замене руды окатышами (оба вида сырья неофлюсованные) дало прирост производительности на 32% и экономию кокса на 3%.

В случае замены окатышами более подготовленных компонен­тов шихты, т. е. агломерата или дробленой и грохоченой кусковой руды, эффект их использования снижается. При введении 86% окатышей в шихту, состоящую из 50% агломерата и 50% усред­ненной кусковой руды, производительность доменной печи увели­чилась на 30%, а расход кокса снизился на 8%.

Неофлюсованные окатыши по сравнению с хорошо подготов­ленным, прочным и не содержащим мелочи офлюсованным агло­мератом основностью 1—1,4 не имеют преимуществ, что доказа­но опытными плавками в ФРГ (завод в Дуйсбург — Рурорте) и в Японии (завод «Тобата»). Перед офлюсованным агломератом могут иметь преимущество только офлюсованные окатыши.

Сопоставление работы доменных печей с использованием ока­тышей, агломерата или руды показывают, что наиболее высо­кую металлургическую ценность представляют офлюсованные и неофлюсованные окатыши, достаточно прочные при транспорти­ровке и не разрушающиеся при нагреве в печи.

Показатели	Окатыши	Агломерат
Барабанная проба, % ................... Содержание, %:	15,7	18,9
фракции 3—0 мм..................	7,8	9,6
Fe...........................................	53,8	53,6
FeO........................................	21,6	13,5
CaO........................................	9,16	9,4
Si02.........................................	14,2	13,0
Основность..................................	0,64	0,72

Таблица 30 Характеристика окатышей и агломерата

В 1961 г. на Криворожском металлургическом заводе была проведена первая сравнительная опытная плавка офлюсованных агломерата и окатышей (табл. 30), изготовленных в количестве 30 тыс. т на конвейерной машине с обжигом твердым топливом и офлюсованием ожелезненной известью.

Высокое содержание закиси железа в окатышах объясняется применением твердого топлива для обжига их и преобладанием шлаковой связки в структуре окатышей.

Полученные данные о работе доменной печи (табл. 31) объе­мом 1030 м3 на окатышах и на агломерате в течение двух перио­дов продолжительностью 10 суток свидетельствуют о лучших ме­таллургических свойствах офлюсованных окатышей по сравне­нию с агломератом.

Таблица 31

Результаты работы доменной печи

Показатели

Производительность, %[2] *......................................................

Коэффициент использования полезного объема печи. . .

Расход кокса, кг/m чугуна.......................................................

То же, %.....................................................................................

Температура дутья, °С.............................................................

Количество дутья, м3/мин........................................................

Перепад давления в печи, am...................................................

Вынос пыли[3], Kejm.......................................................................................................

В результате замены офлюсованного агломерата офлюсован­ными окатышами ССГОКа в 1968 г. при проведении опытных плавок на доменной печи Магнитогорского металлургического комбината получены результаты, приведенные в табл. 32.

Таблица 32 Результаты опытных плавок Состав рудной части доменной шихты Показатели агломерат агломерат 50%, агломерат 30%, 100% окатыши 50% окатыши 70% Производительность доменной печи, mjсутки. 2521 2472 2543 То же, % отн........................................................ 100 98 101 Расход кокса, кг[т чугуна................................ 507 537 531 То же, % отн........................................................ Расход природного газа, нм3/т чугуна. . . 100 106 104,5 59 54 61

Несмотря на более высокое содержание железа в окатышах, их применение не привело к увеличению производительности печи, а удельный расход кокса несколько повысился. Это объясняется неудачным температурным режимом обжига окатышей, вследст­вие чего происходило их разрушение при нагреве и восстановле­нии в доменной печи. Для части окатышей разрушение происхо­дило очень интенсивно с превращением значительного объема окатыша в пылевидные фракции. Это резко снижало газопрони­цаемость доменной шихты и нарушало нормальное газораспреде­ление в объеме печи.

Значительное влияние на показатели работы доменной печи оказывает основность окатышей (табл. 33).

Увеличение производительности доменной печи объясняется не только улучшением металлургических свойств окатышей при по­вышении их основности, но также в большой степени форсиров­кой доменной печи в ходе ее освоения после задувки.

Для повышения прочности окатышей при восстановлении, а также повышения их стойкости против разрушения в доменной печи необходимо дальнейшее совершенствование технологии по­лучения и обжига офлюсованных окатышей. Технология произ­водства офлюсованных окатышей отличается большей сложностью и дороговизной по сравнению с технологией неофлюсованных окатышей. В связи с этим целесообразно изучить вопрос о сов­местном применении в доменной плавке неофлюсованных окаты­шей и высокоосновного агломерата (железофлюса). Об ожидае­мой при этом экономической эффективности можно судить по ре­зультатам опытной плавки в Лакавоне (США) на доменной пе­чи фирмы «Бетлехем Стил» объемом 1555 м3, работающей на не­офлюсованных окатышах.

При замене сырого известняка агломератом, имеющим основ­ность 2,3, производительность доменной печи увеличилась на 6,9% и расход кокса снизился на 8,1%. Кроме того, сравнитель­ными опытами на доменной печи завода «Тобата» (Япония) уста­новлено, что оптимальная доля окатышей в железорудной части шихты составляет около 60%. Остальная часть шихты должна быть представлена высокоофлюсованным агломе­ратом.

С появлением нового вида металлургического сырья — металлизованных окатышей (агломерата) возник вопрос оценки их прочности. Обычно окатыши и агломерат являются хрупкими материалами. Ме - таллизованные окатыши и аг­ломерат имеют более высокую (на 10—30%) пористость и низкую плотность, а также об­ладают ковкостью, которая повышается по мере увеличе­ния содержания металличе­ского железа.

Результаты определения гранулометрического состава металлизованных продуктов, полученных в трубчатой печи 0,9 X 3,6 м при восстановлении природным газом, показывают, что

Таблица 33 Результаты плавки окатышей на заводе «Кобе» Япония Показатели Периоды I II III IV V Длительность плавки, сутки. . 11 18 26 77 30 Основность окатышей................. Неофлю- сованные 0,5 1,0 1,3 1,4 Доля в шихте, %: окатышей.............................. 70 69,9 53,7 63,6 57,3 кусковой руды..................... 30 30,1 45,8 35,0 42,1 Производительность печи, т/сут- 2212 2644 2962 3241 KU...................................................................... 1781 Расход, кг/т: 476 кокса..................................... 587 563 536 478 мазута................................... 0 0 0 39,6 32,2 Нагрев дутья, °С.......................... 891 972 997 1075 1078 Выход шлака, кг/т...................... 294 267 265 244 243

а

6

Рис. 72. Изменение прочности окатышей и агло­мерата при металлизации:

а — барабанная проба; б — отношение средних диамет­ров кусков материалов до и после барабанного испыта­ния; / — окатыши 58,8% Fe, 5,9% СаО, 9,1% Si02; 2— ока­тыши 63,5% Fe, 2,7% СаО, 4,7% Si02; 3—окатыши 59,2% Fe, 8,4% СаО, 6% Si02; 4 и 5— агломераты 55,3—56,4% Fe; 8,4 — 10% СаО, 9.8 — 10,6% Si02

более высокой степени восстановления соответствует меньшее со­держание в них мелочи 5—0 мм (рис. 71). Этот вывод подтверж­дается данными механических испытаний (рис. 72 и 73). Для сравнения на рис. 72, а, б показаны прочности металлизованных материалов, исходных окатышей и агломерата.

Рис. 73. Сравнение прочности материалов, оп­ределенной методом падающего груза: / — исходные окатыши ЦГОКа; 2, 3, 4 — восстановленные окатыши ЦГОКа (степень металлизации соответственно 75—80%, 62—70% и 52—55%); 5 — исходный агломерат НКГОК; 6, 7 — восстановленный агломерат НКГОКа (сте­пень металлизации соответственно 55 и 35%)

Неофлюсованные окатыши, характеризующиеся в основном рекристаллизационным типом связи между зернами, при восста­новлении отличаются меньшей прочностью, чем офлюсованные, в которых наряду с гематитовой связкой присутствует шлаковая. Наибольшую прочность, определенную методом падающего гру­за, имеют окатыши размером 10—15 мм и агломерат 15—20 мм (см. рис. 73). При степени металлизации 70—80% прочность вос­становленных в трубчатой печи окатышей достаточна для исполь­зования их в доменной печи.