При спекании офлюсованной шихты с кислой пустой породой в верхней части зоны подогрева шихты и зоне горения топлива интенсивно идут процессы взаимодействия между твердыми фазами. Как уже отмечалось выше, значительное развитие получает процесс образования ферритов кальция. Кроме того, образуются фаялит и силикаты кальция. Конечная структура агломерата, напротив, часто совсем не содержит ферритов кальция, так как они полностью распадаются еще до перехода всей массы шихты в жидкое состояние (инконгруэнтное плавление). Структура готового агломерата и в этом случае определяется только составом расплава. Другими словами, известь, усвоенная еще в твердой фазе в ферриты кальция, при кристаллизации расплава может в ряде случаев входить в состав других фаз.

Минералогический состав офлюсованных агломератов был впервые исследован В. Люйкспом и Г. Кребером, обнаружившими в его структуре ферриты и силикаты кальция. В дальнейшем эти данные были подтверждены многочисленными исследованиями, охватывающими агломераты из гема - титовых руд многих месторождений. Подробное изучение микроструктур офлюсованных агломератов из криворожских железных руд позволило установить следующие минералогические составляющие: гематит, магнетит, вюстит, металлическое железо, известково-железистые оливины, силикаты и ферриты кальция, геденбергит, кварц и известь, портландит, стекла.

Гематит, кварц и известь переходят в конечную структуру агломерата из шихты при недостаточном расходе топлива, чрезмерной неоднородности в распределении топлива в массе шихты или вследствие грубого измельчения составляющих шихты. Вторичный гематит - продукт окисления магнетита при охлаждении агломерата - присутствует в офлюсованных агломератах в гораздо меньших количествах, чем в неофлюсованых агломератах. Весовое количество вторичного гематита не превышает сотых долей процента. Количество первичного кварца шихты в офлюсованном агломерате невелико. Степень усвоения кварца шихты в структуру офлюсованного агломерата часто достигает 100%. Известь обычно усваивается в агломерат полностью. Свобод­ная известь может входить в состав агломерата лишь при грубом измельчении известняка или подачи извести в шихту в крупных кусках. Магнетит и вюстит составляют главную массу офлюсованного агломерата.

Характеристика важнейших минералов, входящих в состав офлю­сованного агломерата.

Известь: СаО, кубическая, бесцветные бесформенные или округлые зерна, грубый рельеф, спайность по кубу, N = 1,837, сильно травится смесью воды и этилового спирта (1:1) в течение 1-3 мин. Портландит: Са(ОН)2, гексагональный, таблички, ярко поляризует, N0 = 1,574, Ne = 1,545. В дальнейшем под основностью агломерата везде подразумевается отношение CaO:Si02 в нем.

fi-CaO'Si02: волластонит (устойчив < 1160°С), моноклинный, в проходя­щем свете желто-зеленый, бруски и волокна, косое погасание в отношении удлинения, Ng - 1,631, Nm = 1,629, Np - 1,615, в отраженном свете темный, уд. вес 2,915.

a-CaO'Si02: псевдоволластонит (устойчив > 1160°С), псевдогекса-

гональный, почти прямое погасание в отношении удлинений (3°), характерны удлиненные пластинки, Ng = 1,654, Np - 1.610, в отраженном свете темный, травление 5% раствором NH4C1 (10 сек.), уд. вес 2,912.

a-2CaO-Si02: устойчив > 1420°С. псевдогексагональный. призмы и округлые зерна, неопределенное угасание, Ng =1,737, Nm = 1,720, Np = 1.715. в отраженном свете темный, уд. вес 3,27.

P~2CaO-Si02: устойчив 676-1420°С, ромбический, зерна и призмы, неопределенное угасание, в проходящем свете желто-зеленый, Ng= 1,735; Np = 1,717, в отраженном свете темный, травление 5% раствором NHUCI (10 сек.), пары HF окрашивают в голубой цвет, травятся также водой, в связи с чем рекомендуется приготовлять электрокорундовую пасту для шлифовки образцов офлюсованного агломерата на керосине или безводном глицерине (в этих же жидкостях промывают шлифы), уд. вес 3.28.

y-2CaO-Si02: устойчив < 675°С, ромбический, призмы, прямое погасание в отношении удлинения; совершенная спайность, в проходящем свете желто - зеленый, Ns = 1,654, Nm= 1,645, Np = 1,642, в отраженном свете темный, травление 5%-ным раствором NH4C1 (10 сек.), пары HF окрашивают в голубой цвет травится водой (20 сек.), уд. вес 2,97.

3CaO-Si02: гексагональный, шестиугольные пластинки, таблицы и

призмы, бесцветный в проходящем свете, без спайности, Ng =1,723, Np =1,717, в отраженном свете темный, травление водой (20 сек.), раствором этилового эфира в спирте (2 часа), уд. вес = 3,224.

CaO-FeO-2Si02: геденбергит моноклинный, в проходящем свете

зеленоватый, совершенная спайность, угол угасания в отношении спайности 46°, А^= 1,757 Np = 1,732 в отраженном свете темный, уд. вес 3,5-3,57.

Ферриты кальция: существует три феррита кальция — CaO2Fe203, CaOFe203, и 2CaOFe203, плавящиеся инконгруэнтно.

Ca0-Fe203: красного цвета в проходящем свете, без спайности, сингония неизвестна. - 2.465, Np - 2,345. В отраженном свете серый с синеватым оттенком, отражательная способность 17-18%, уд. вес, вероятно, близок к 4,8.

2CaO'Fe203: желтовато-бурый в проходящем свете, без спайности; мо­ноклинный Ng = 2,29; Np= 2,20. В отраженном свете ферриты лишь немногим темнее магнетита и вюстита. Травление ферритов кальция раствором HF в воде (1 : 10) в течение 1 мин.

Быстрое охлаждение агломерата препятствует полному переходу высокотемпературных модификаций силикатов кальция в низкотемпературные. В связи с этим агломерат содержит обычно небольшие количества a-2CaO*Si02 и p-2CaO-Si02, а также псевдоволластонит. Агломераты с основностью до 1-1,2 содержат двукальциевый силикат и метасиликат кальция. В агломератах с основностью 1,2-2,5 и выше присутствуют: двукальциевый силикат и ферриты кальция. При более высоких основностях двукальциевый силикат начинает вытесняться из структуры агломерата трехкальциевым силикатом, что повышает его прочность.

Минералогический состав офлюсованых агломератов приведен в таблице 7.5. Приведенные данные показывают прежде всего, что характер изменения содержания гематита, магнетита и вюстита при изменении расхода топлива на процесс совершенно аналогичен в офлюсованном и неофлюсоаанном агломератах. Некоторое отличие заключается лишь в уменьшении абсолютного содержания оксидов железа в офлюсованном агломерате в силу обеднения его железом при добавке флюса.

При равном расходе топлива офлюсованный агломерат содержит меньше закиси железа, что обнаруживается уже простым химическим анализом. Этот факт может быть объяснен, если учесть, что часть гематита еще в твердой фазе реагировала с СаО с образованием ферритов кальция и, таким образом, не подверглась восстановлению или термической диссоциации вплоть до инконгруэнтного плавления ферритов. Это обстоятельство сказывается на количестве закиси железа в офлюсованном агломерате. Некоторое влияние оказывает и понижение температуры в зоне горения при переходе к спеканию офлюсованных шихт.

По мере увеличения основности агломерата существенно меняется и состав известково-железистого оливина, который насыщается известью до возможного предела. В офлюсованных агломератах присутствуют обычно CaFe-оливины (СаО).х •(FeO)2.x*Si02, в которых коэффициент х не превышает 1,1, что вполне точно соответствует данным диаграммы состояния системы 2FeOSi02-2CaO*Si02. Помимо перечисленных фаз, офлюсованные агломераты содержат также силикаты и ферриты кальция.

В соответствии с основностью агломерата меняется и вид его микроструктуры.

Первую группу составляют агломераты с основностью до 0,5-0,6. Их структура (кроме присутствия CaFe-оливина вместо чистого фаялита) отличается от сгруктуры неофлюсованного агломерата только видом эвтектик: в офлюсованных агломератах наблюдаются исключительно линейчатые эвтектики CaFe4^nBHH-FeO(Fe304).

Первые порции СаО, добавляемые в шихту, образуют при кристаллизации расплава 2CaO-Si02. Оставшаяся часть кремнекислоты, не обеспеченная известью, входит в состав фаялита. Двукальциевый силикат и фаялит вместе образуют псевдобинарную систему и дают при кристаллизации твердые растворы (CaFe-оливины).

Агломераты с основностью 0,5-1,0 составляют вторую группу, для которой характерно выделение силикатов кальция среди оливинов в качестве отдельной фазы. Вводимая в шихту известь образует в этом случае столь значительные количества силикатов кальция, что их полное растворение в фаялите делается невозможным. В связи с этим наряду с предельно насыщенным известью CaFe-оливином начинается кристаллизация почти чистого двукальциевого силиката в виде отдельной фазы.

После перехода через границу растворимости все большие количества силикатов кальция кристаллизуются в виде, самостоятельной фазы. С ростом основности количество силикатов кальция в офлюсованном агломерате возрастает, а количество CaFe-оливинов сокращается.

Высокоосновные агломераты, как правило, состоят только из магнетита, вюстита, ферритов и силикатов кальция.

Минералогический состав и структура высокоосновного агломерата (основность >3) несколько отличается от состава и структуры агломерата с основностью 1,5-2,0. Кроме известковистого вюстита, магнетита и ферритов кальция, высокоосновный агломерат содержит трехкальциевый силикат (двукальциевый силикат играет здесь подчиненную роль). Замена двукаль­циевого силиката, подверженного аллотропическим превращениям,

трехкальциевым силикатом благоприятно сказывается на прочности

агломерата. Шлаковая связка состоит в этом случае только из двукальциевого феррита. Высокоосновный агломерат не содержит фаялита, известково­железистых оливинов, метасиликатов и других фаз, характерных для агломератов небольшой основности.