В процессе тепловой обработки железорудных офлюсованных окатышей происходит их упрочнение за счёт уменьшения пористости и изменения вещественного состава. Для получения данных о влиянии содержания ферритной смеси в шихте на изменение вещественного состава был проведен петрографический анализ окатышей обожженных при различных температурах и изменении содержания ферритной смеси от 0 до 25%. Результаты исследований приведены в таблицах 8.13 и 8.14 и на рис. 8.26 и 8.27.

Анализ изменения минералогического состава окатышей в темпе­ратурном интервале твердофазного спекания (до 1180°С) показывает, что к концу этого периода основным компонентом шлакообразующей связки являются ферриты кальция. Их содержание по отношению ко всем минералам окатыша составляют 44%, а по отношению к шлакообразующей связке - 73%. При повышении температуры обжига и переходе в область жидкофазного спекания содержание ферритов кальция снижается до 12,5%, что свидетельствует об инкогруэнтном плавлении ферритов кальция и их участии в образовании расплава. В области температур 1220-1240°С (переходный период) изменение содержания ферритов кальция незначительно (с 16,6 до 16, 3%), что также свидетельствует только о начале образования расплава.

Выше было показано, что увеличение содержания ферритной смеси в шихте приводит к повышению прочности окатышей. Наибольшую прочность окатыши приобретают в результате жидкофазного спекания, когда образуется комбинированная связка из рекристаллизационных оксидов железа и взаимно проникающих друг в друга призматических образований кристаллов феррита кальция и силикатной связки.

Влияние количества ферритной смеси на минералогический состав окатышей (осн. 1,35; температура обжига

1260°С)

Влияние температуры обжига на минералогический состав окатышей при вводе в шихту 15% ферритной смеси

(осн. 1,35)

Ферриты кальция образуются при температурах 1050-1150°С и при температуре выше 1250°С кристаллизуются из расплава. В связи с этим определили влияние содержания ферритной смеси на изменение содержания ферритов кальция в окатышах, обожженных при температуре 1260°С. Эти данные показывают, что с увеличением содержания ферритной смеси в шихте количество ферритов кальция в конечной структуре окатыша после жидкофазного спекания непрерывно увеличивается и при добавке 25% ферритной смеси их почти вдвое больше по сравнению с обычными окатышами. что является следствием перераспределения флюса, образованием высокоосновного расплава и условиями его кристаллизации. При вводе в шихту обычной смеси тонкоизмельченных известняка и возврата без совместного измельчения содержание ферритов кальция равно их количеству в окатышах, полученных по обычной технологии.

Из приведенных экспериментальных данных видно, что при введении в шихту ферритной смеси преимущественное развитие при тепловой обработке окатышей получает процесс образования однокальциевого феррита, что является результатом активации поверхности зерен известняка и увеличения поверхности контакта при совместном их измельчении с гематитсодержащими материалами. Процесс диссоциации карбоната кальция протекает параллельно с образованием однокальциевого феррита. Термограммы шихт, содержащих ферритную смесь, свидетельствуют о том, что процессы ферритообразования получают значительное развитие до начала диссоциации флюса. Эндотермические эффекты диссоциации при этом существенно уменьшаются. Заметный эффект образования ферритного расплава наблюдается при температуре 1215°С, что очень близко к температуре плавления чистого однокальциевого феррита (1216°С).

Рентгеноструктурный анализ показал, что при офлюсований шихт ферритной смесью наряду с преимущественным образованием одно­кальциевого феррита при температуре 1150°С появляется метасиликат кальция, сохраняющийся в структуре до 1300°С, что также свидетельствует об его образовании при взаимодействии ферритного расплава с кварцем.

Уплотнение окатышей в значительной степени зависит от содержания кремнезема в концентрате, при увеличении которого степень уплотнения уменьшается. На заключительных стадиях спекания в присутствии расплава степень уплотнения при вводе в шихту ферритной смеси увеличивается в большей степени, чем без неё, что связано с благоприятными поверхностными свойствами ферритного расплава. Наряду с этим поры приобретают округлую форму, что также способствует упрочнению окатышей.

Процесс внешнего спекания получает наибольшее развитие при обжиге неофлюсованных образцов. Механизм их спекания может быть охарактеризован как диффузионный, а так как время процесса ограничено, то значительного уплотнения не происходит. Площадь контакта между зернами остается практически неизменной, то есть перенос вещества на расстояния, сравниваемые с линейной протяженностью исходного контакта между частицами отсутствует. При таком механизме спекания уплотнение должно в значительной степени определяться временем высоко­температурной выдержки или другими факторами, ускоряющими диффузионные процессы.

Наиболее эффективно с позиции интенсификации диффузионных процессов - это образование расплава, достигаемое путем офлюсования шихт. Однако при обжиге офлюсованных образцов внешнее спекание развития не получает, хотя прочность образцов при повышении основности и температуры обжига растёт.

Очевидно, упрочнение образцов осуществляется в результате внутреннего спекания, характеризующегося средневзвешенным эффек­тивным радиусом пор и их количеством.

При обжиге железорудных окатышей процесс спекания определяется коалесценсией пор, которая интенсифицируется с повышением температуры и основности. При этом структура обожженных образцов становится более однородной. При офлюсований концентратов ферритной смесью значительно интенсифицируется внешнее спекание в связи с интенсивным развитием твердофазовых реакций образования однокальциевого феррита.