Магнетитовые окатыши с высоким содержанием вюстита, а также частично металлизованные в значительно меньшей степени разупрочняются при восстановлении. Поэтому получение окатышей, в структуре которых отсутствует гематит, можно считать одним из путей решения задачи повышения их металлургических свойств.

Вюститно-магнетитовые окатыши по сравнению с окисленными восстанавливаются при температурах на 100-200°С выше и со значительно меньшей скоростью в области низких температур. Так, при 700°С окатыши с содержанием FeO = 26,4% имеют степень восстановления в два раза ниже, чем окисленные. Это различие уменьшается и практически исчезает при температуре Ю00°С.

В вюститно-магнетитовых окатышах происходит топохимическое восстановление магнетита до вюстита, который представлен глобулярными образованиями с остаточным магнетитом.

Различие в протекании процесса восстановления во многом объясняет не­одинаковый характер разупрочнения окисленных и вюститно-магнетитовых окатышей. Ввиду того, что восстановление последних носит фронтальный характер и идет в основном с поверхности, а восстановление магнетита до вюстита, которые имеют одинаковую кубическую симметрию, протекает без значительного нарушения целостности структуры.

В области высоких температур на процессы восстановления оказывают влияние изменяющиеся физические свойства материала, связанные с их различиями. При увеличении температуры или времени выдержки скорость восстановления снижается, частицы вюстита укрупняются и сфероидизируются, а частицы железа спекаются.

Скорость восстановления вюстита увеличивается в присутствии губчатого железа, оксидов кальция и кремния. Повышение температуры восстановления вюститных окатышей более 1000°С негативно сказывается на

скорости их восстановления, особенно при низком содержании железа и основности.

Одним из путей повышения интенсивности доменной плавки является улучшение металлургических свойств железорудных окатышей посредством создания магнетитовой структуры при добавках в шихту твердого топлива. Воздействие твердого топлива на качество окатышей происходит на «макро» и «микро» уровне. В первом случае это выравнивание качества окатышей по высоте обжигаемого слоя, а во втором воздействие на формирование структуры и состава окатышей. Твердое топливо в настоящее время рассматривается как доступный энергоноситель и как вещество способное улучшить металлургические свойства окатышей. Ниже приводится анализ физико­химических процессов, протекающих в смеси различных видов твердого топлива и железорудных концентратов.

Топливосодержащие смеси выбирались с учетом получения из них окатышей, удовлетворяющих требованиям доменной плавки. С этой целью были проведены предварительные эксперименты по определению качества окатышей, полученных из смеси железорудного концентрата и кокса. В таблице

10.3 представлены результаты экспериментов по определению прочности окатышей из этих смесей при восстановлении в области низких температур (400-1000°С - 45 мин) и в области высоких температур (выше 1000°С - 3,5 часа).

Из приведенных данных следует, что значения показателей разрушения и истирания окатышей, полученных из смеси гематитового концентрата с коксом находятся в области значений прочности, удовлетворяющих требованиям доменной плавки.

Уже небольшие добавки угля или кокса (0,5-1,5%) к магнетитовому концентрату достаточны для образования расплава при нагреве рудно­топливной смеси. Средние температуры, при которых образуется расплав в смеси магнетита и угля находится в интервале 1133°С - 1138°С. При добавках 0,2% и 0,5% угля образуется одинаковое количество расплава. Не изменяется количество расплава и при добавках 1,0 и 1,5% кокса.

На рис. 10.4 приведена потеря массы магнетитового концентрата в смеси с углем, содержащим 25,7% летучих веществ, которая пропорциональна количеству введенного твердого топлива. Критической точкой потери массы является температура 800-850°С, когда при добавке 2% угля потеря массы

454

составляет 2.5%, включая и 1,6% потерь при прокаливании. При нагревании до 100()°С потеря массы значительно возрастает. При добавках кокса потеря массы начинается при 900°С и заканчивается при более высоких температурах.

Гематитовый концентрат при нагревании с добавками твердого топлива теряет массу аналогично магнетитовому концентрату.

В магнетитовом концентрате (6,3% и 1,3% Si02) образование расплава происходит в интервале температур 1137-1 155°С. Аналогично для гематитового концентрата (5,5% и 0,32% Si02) температура образование расплава составляет 1169°С для 5,5% Si02, а при 0,32% Si02 расплав не образуется. С увеличением основности от 0,035 до 2,0 количество фаялитовой фазы уменьшается и при основности 2,0 расплав не появляется.

Температура, град С

Рис. 10.4 Влияние температуры на потерю массы магнетитового концентрата
в смеси с углем при нагреве в атмосфере азота

Структура окатыша имеет четко выраженный зональный характер: гематитовая наружная зона и магнетитовое ядро. Упрочнение наружной зоны происходит за счет ограниченного развития расплава и связки из силикатов железа, что в большей степени влияет на степень восстановления, чем увеличение пористости. В ядре спекание рудных зерен происходит в условиях образования большого количества железосиликатного расплава, снижения открытой пористости и увеличении содержания закиси железа, что также снижает их степень восстановления (табл. 10.4).