ОСНОВЫ АГЛОМЕРАЦИИ. ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Восстановимость агломерата

Под восстановимостью руд и агломератов понимают ско­рость реакции между газом-восстановителем и железными окис­лами, содержащимися в руде, т. е. скорость отбора кислорода руды газом-восстановителем.

Необходимо отметить, что методика определения восстано­вимости руд и агломератов весьма многообразна, что затруд­няет сравнение результатов, полученных разными исследовате­лями. Помимо этого, небольшое отступление в методе проведе­ния опыта, даже в пределах одной лаборатории с одним и тем же материалом или недостаточный опыт экспериментатора в ра­боте каким-либо из методов приводит к получению разных чис­ловых значений восстановимости.

Попытки разработать стандартный метод определения вос­становимости руд пока не увенчались успехом в основном вслед­ствие сложности процесса и аппаратуры. Кроме того, некоторые исследователи при определении восстановимости пытаются вос­произвести процессы восстановления, происходящие в домен­ной печи. Эта работа представляет известный научный интерес.

но для сравнительной оценки восстановимости руд и агломера­тов такое воспроизводство совершенно не обязательно. Важно иметь возможность простым и быстрым методом, легко осуще­ствимым в условиях обычной заводской лаборатории, получить сравнительные цифры, характеризующие восстановимость р>д и агломератов. При этом сравнимость цифр должна обеспечи­ваться не в пределах одной лаборатории или одного типа руд, а для разных лабораторий и применительно к различным рудам. Лишь в этом случае показателем восстановимости можно будет пользоваться так же, как оценкой по химическому составу и физической характеристике.

Основное различие применяемых в практике методов заклю­чается в том, какой газ используется для восстановления: водо­род, окись углерода или же смесь их, иногда с добавками паров воды и углекислоты.

Для сравнительной оценки восстановимости нет надобности прибегать к сложным смесям газов, отображающих по своему составу газ доменной печи.

Для определения восстановимости проще и надежнее поль­зоваться водородом. Советскими исследователями проведено большое количество работ по изучению восстановимости желез­ных руд и агломератов водородом и окисью углерода и разра­ботаны аппаратура и методы исследования.

Наиболее удобна в пользовании установка, смонтированная по схеме А. Н. Похвиснева, с вертикальной нагревательной печью, в реакционной зоне которой помещается в фарфоровом тигле с перфорированным (дырчатым) дном испытуемый обра­зец. Тигель подвешивают к плечу аналитических весов, урав­новешивая которые можно непрерывно отмечать потерю в весе образца в результате восстановления.

Восстановление в горизонтальной трубчатой печи менее удобно в том отношении, что в процессе опыта нельзя наблю­дать изменение веса испытуемого образца, характеризующее скорость восстановления, которую можно рассчитать лишь по окончании опыта. Водород, применяемый для восстановления, должен быть тщательно счищен от кислорода. Для этого поль­зуются трубчатой электропечью, наполненной слоями платини­рованного асбеста и сетки из красной меди, вступающей в ре­акцию с кислородом. Схема установки для определения восста­новимости агломерата водородом представлена на рис. 63. Во­дород из газгольдера 1 поступает с постоянной скоростью в печь через газовые часы 2. В этой печи, заполненной платини­рованным асбестом и медной сеткой, происходит очистка водо­рода от содержащегося в нем кислорода. Из печи 3 газ пропу­скается через дрексельные склянки 4 с концентрированной сер­ной кислотой и колонки 5 с хлористым кальцием и фосфорным

ангидридом для поглощения содержащихся в газе паров воды. Осушенный газ поступает в трубчатую печь 6, в которой поме­щается испытуемый образец руды или агломерата. Продукт реакции — водяной пар — поглощается в хлорокальциевых

трубках 7, точно взвешенных перед началом опыта. Температу­ра в печах 3 и 6 измеряется термопарами с гальванометрами 3.

Разогрев печи до 800° и охлаждение об­разца по окончании опыта происходят в атмосфере инертных газов азога или аргона, находящихся в газгольдере 2. Степень восстановления подсчитывает­ся по количеству уловленной воды и сравнивается с результатами расчета по потере образца в весе. Вертикаль­ное расположение печи с подвешенным к коромыслу весов образцом представ­лено на рис. 64.

При подвешенном образце водяные лары, получающиеся в процессе вос­становления, не улавливаются и рас­чет восстановимости производится только на основании потери образца в весе, что является недостатком дан­ного способа Образцы руд и агломе­ратов для определения восстанови­мости можно брать в кусках или по­рошке. Восстановление в куске требует для получения сравни­мых результатов приготовления образцов равного поперечного сечения, что методически весьма усложняет весь процесс, осо­бенно при работе с агломератами, из которых трудно пригото­
вить образец правильной геометрической формы. Однако вос­становление в ^кусках позволяет судить о влиянии открытой пористости, сообщающей газопроницаемость образцу. Боль­шинство закрытых пор в процессе

$

1

Рис. 65. Зависимость восстановимости агломерата от пористости и
содержания закиси железа

ниженные результаты скорости восстановления. Восстановление агломерата в порошке методически осуществляется гораздо про­ще, однако объективной оценки восстановимости этот метод не дает. Измельчение образца при восстановлении в порошке про­изводится обычно до крупности 0,15 мм.

Несмотря на сложность определения восстановимости агло­мерата, этот способ оценки его металлургических свойств дол­жен всемерно внедряться в практику работы агломерационных фабрик, так как он дает возможность увязать физико-механи­ческую характеристику агломерата с его химико-минералоги­ческим составом и предвидеть возможный ход процесса восста­новления в доменной печи. Восстановимость, являясь чисто металлургическим мерилом качества агломерата, вместе с этим дает ценный материал и для наблюдения за изменением физи­ко-химических свойств агломерата.

В табл. 67 и на рис. 65 приведены данные изменения восста­новимости неофлюсованных агломератов в кусках ЮхЮХ-

14 А. М. Парфенов

X Ю мм, полученных из криворожских руд при разных количе­ствах коксика в шихте.

Методика определения восстановимости агломерата, приме­няемая на Магнитогорском металлургическом комбинате, состо­ит в следующем: в течение смены отбирается 6—10 проб агло­мерата. весом 10—15 кг, от которых отделяется кусковой мате­риал крупнее 10 мм. Этот материал дробится до —10 мм, после чего из него выделяется фракция 10—8 мм. Проба для восста­новления берется квартованием фракции 10—8 мм до веса 500 г. сушится при температуре 120—150° в течение 30 мин. и от вы­сушенной пробы берется навеска 200 г. Последняя насыпается в железный стакан с дырчатым дном, который устанавливается в железную трубу и вместе с ней вводится в вертикальную печь, нагреваемую до 700°. Газ для восстановления получается в печах пропусканием воздуха через слой нагретого до 1050— 1150° коксика и собирается в три газгольдера емкостью 400— 500 л каждый. Состав газа следующий: СО 34-т-34,6%; С02 0,4%; Ог 0%. После очистки от твердых частичек, углекислоты и влаги этот газ подается в реакционное пространство печи для восстановления. Опыт продолжается 2 ч. 20 м. и за это время че­рез печь пропускается 480 л газа (по 3,4 лімин). По окончании опыта восстановленный агломерат охлаждается в токе газа в течение часа до 50°, после чего взвешивается и по разности в весе определяется восстановимость. На рис. 66 представлена схема установки для определения восстановимости агломерата, принятая на Магнитогорском комбинате.

Недостатком приведенной методики является не учитывае­мое образование сажистого углерода при температуре 500—550°

/

Рис. G6. Схема установки для определения восстановимости агломерата
по методу Магнитогорского комбината:
t — газогенераторы: 2 — щелочной поглотитель для С02; 3 — фильтр из шнурового
асбеста: 4 — газгольдеры; 5 — манометры; 6 — подвод и отвод : оды 7 — колба
с серной кислотой: 8 — печь для восстановления; 9 — образец агломерата;

10 — гальванометр с термопарой

в процессе остывания агломерата, что может искажать резуль­таты опыта.

Н. Л. Гольдштейн и Н. С. Хромченко [59] рекомендуют опре­делять восстановимость агломерата не в кусках, а в порошке, так как, по их данным, между восстановимостью в кусках и по­рошке существует постоянное соотношение. В связи с этим мож­но упростить опыт по определению восстановимости без нару­шения правильности определения.

В качестве восстановителя они рекомендуют водород.

На аглофабрике завода им. Дзержинского [60] применяется весовой метод (см. рис. 64) при следующих условиях: вес про­бы 30 г, крупность 10—8 мм. Продолжительность опыта при температуре 700°С составляет 30 мин. при скорости водорода в реакционной трубке около 3,5 см/сек. Диаметр реакционной трубки 3,5 мм, расход водорода на опыт 60 л.

Методика определения восстановимости с применением ана­литических весов (рис. 64) позволяет также определять содер­жание фаялита в агломерате. В этом случае образец агломера­та восстанавливается при температуре 500°, исключающей вос­становление силикатного железа, но допускающей полное вос­становление железа из окислов. Восстановление ведется до по­стоянного веса испытуемого образца. По разности между общим количеством кислорода окислов железа и кислородом, отнятым в процессе восстановления, подсчитывается содержание фаяли­та в агломерате.

Наблюдение за восстановимостью агломерата с разным ко­личеством фаялита показывает ухудшение восстановимости с повышением содержания последнего в агломерате.

По данным В. П. Певцова [8] ухудшение восстановимости агло­мерата наблюдается не только при увеличении содержания фая­лита, но также и ферромонтичеллита, оливина и их суммы. Да­же небольшое количество ферромонтичеллита заметно снижает восстановимость агломерата.

В настоящее время накоплен значительный материал по вос­становимости различных типов агломератов, полученный в ла­бораторных условиях. Однако наблюдений, относящихся непо­средственно к работе доменных печей на агломератах различ­ного типа и проплавленных в сравнимых условиях, недостаточ­но для обобщающих выводов. Распространять данные лабора­торных исследований на условия плавки вряд ли возможно без соответствующих поправок.