7.1 Факторы прочности агломерата

При разрушении агломерата большие куски раскалываются по крупным порам размером свыше 3-5 мм. Выход крупных фракций (+5 или +10 мм), который используют как показатель прочности, зависит главным образом от прочности вещественной массы монолита агломерата и степени монолитности его физической структуры. Монолитность структуры - это вещественная масса агломерата с включением пор. которые разделяются стенками, состоящими из вещественной массы агломерата. Состав стенок включает оксиды железа и минералы, образовавшиеся при спекании. От больших и малых кусков агломерата отделяются слабоспекшиеся участки, а также пыль, образующаяся в результате трения кусков агломерата между собой. Поэтому выход крупных классов (+5 или +10 мм) принят в качестве показателя прочности агломерата.

П = f, (Фі, Ф2). Фі = к (Хпи Zb н ),

где П - показатель прочности;

Фі - прочность вещественной массы;

Ф2 - степень монолитности физической структуры;

Zn, - приведенная сумма прочностных свойств фазовых составляющих агломерата, лимитирующих его прочность;

Zbh - приведенная сумма концентраций внутренних напряжений в монолите спёка.

В рассматриваемой модели возможны три вида разрушения:

1) по зернам кристаллической фазы, как наименее прочной;

2) по связующей фазе (прочность её «слабого звена» определяет прочность твердого тела в целом);

3) на границе кристалл-связка (кристаллическая фаза и связующее вещество достаточно прочны, а разрушение происходит вследствие слабой связи между ними).

Для рассматриваемой модели возможны шесть соотношений между величинами:

сУцр - прочность кристаллической фазы; ам ф - прочность межфазного вещества;

оадг - прочность связи между кристаллической фазой и межфазными веществами,

которые определяют характер разрушения тела в целом.

Разрушение по кристаллической фазе характеризуется следующими неравенствами

<т и ф (<т<J(V, при аФ О,

и

акр < ОадГ, при я ~ О,

где а - расстояние между зёрнами.

Добавки веществ упрочняющих кристаллическую фазу, должны способствовать упрочнению материала в целом. Добавки веществ, увеличивающих адгезию на межфазной границе или упрочняющих связку, должны приводить к повышению прочности материала в целом за счёт упрочняющего влияния каркаса из связующей фазы.

Разупрочнение в области межфазных границ характеризуется следующими соотношениями прочности

и Оадг < акр, при а ~ 0.

Все факторы, увеличивающие прочность кристаллической фазы, на прочность материала в целом существенного влияния не оказывают. Добавки веществ, увеличивающих адгезию на межфазной границе, должны упрочнять поликристаллический материал.

Разупрочнение по каркасу связующей фазы характеризуется следующими соотношениями прочностей:

Природа кристаллической фазы влияет на суммарную прочность материалов данной группы. Это влияние проявляется следующим образом:

1) частицы кристаллической фазы должны блокировать своей внешней поверхностью распространение нормальных трещин. Это основной путь упрочнения указанных материалов; 2) вследстивие разницы коэффицентов термического расширения кристаллической и связующей фаз, возможно возникновение напряжений. В зависимости от знака этих напряжений (растяжение - сжатие) прочность материала в целом будет соотвественно уменьшаться или увеличиваться.

Прочность любого твердого тела, в том числе и агломерата, ухудшается с увеличением его пористости (рис. 7.1). Поэтому при повышении монолитности увеличение толщины стенки между порами как возможного конечного элемента структуры куска агломерата после механического на него воздействия количество мелочи будет сокращаться.

Рис. 7.1 Зависимость прочности материалов от их пористости: 1 - железо
(по Гоетцелю); 2, 3 - соответственно сталь и гипс (по Кингери);

4 - железорудный спек

Физическая структура офлюсованного агломерата формируется с участием расплава, поэтому толщина и текстура стенок между порами зависит от следующих факторов:

Фг = Ґз (тж, ц, а), (7.6)

где тж - количество расплава; ц - вязкость расплава; а - поверхностное натяжение расплава.

Увеличение количества расплава влечёт за собой рост объемной усадки слоя шихты при спекании. Но оптимальное количество расплава при спекании шихты, офлюсованной окисью кальция, прямо пропорционально количеству флюса. Это справедливо при полном усвоении флюса.