научная статья по теме ПОВЕДЕНИЕ БРИКЕТОВ ЭКСТРУЗИИ (БРЭКСОВ) В РЕАКТОРАХ МИДРЕКС. ЧАСТЬ I Металлургия

Текст научной статьи на тему «ПОВЕДЕНИЕ БРИКЕТОВ ЭКСТРУЗИИ (БРЭКСОВ) В РЕАКТОРАХ МИДРЕКС. ЧАСТЬ I»

УДК 669.162:669.181.24

ПОВЕДЕНИЕ БРИКЕТОВ ЭКСТРУЗИИ (БРЭКСОВ) В РЕАКТОРАХ МИДРЕКС. Часть I

©Бижанов Айтбер Махачевич1, e-mail: abizhanov@jcsteele.com; Курунов Иван Филиппович2, д-р техн. наук, e-mail: kurunov_if@nlmk.com; Уакиль Эмед Халид3, e-mail: wakeel@qatarsteel.com.qa

1 J.C.Steele&Sons. USA, Statesville, NC

2 ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». Россия, г. Липецк

3 Qatar Steel Company. Qatar, State Mesaieed Статья поступила 20.03.2015 г.

Приведены результаты ящичных испытаний металлизации в промышленном реакторе Мидрекс брикетов экструзии (брэксов), изготовленных методом жесткой вакуумной экструзии из дисперсных железосодержащих отходов с использованием различных связующих материалов. На основе данных оптической и электронной микроскопии изучена структура исходных и металлизованных брэксов. Степень металлизации составила 90,92-96,65% для брэксов, изготовленных с использованием связующего различного типа и количества.

Ключевые слова: жесткая вакуумная экструзия; брикет экструзии (брэкс); прочность; пористость; связующее; реактор Мидрекс; металлизация.

Технология жесткой вакуумной экструзии мелкодисперсных техногенных и природных материалов металлургии за последние несколько лет приобрела репутацию проверенной технологии изготовления брикетов экструзии (брэксов) для металлургических печей (доменных, руднотермических, ДСП и др.) [1-5]. В статье рассмотрены результаты экспериментов по оценке возможности металлизации брэксов в реакторах прямого получения железа. Эксперименты проведены в промышленном реакторе Мидрекс компании Qatar Steel (Катар, Доха). Компания Qatar Steel импортирует ежегодно 3,5 млн т железорудных окатышей для производ-

ства 2,35 млн т ГБЖ. Во время разгрузки, складирования и последующей загрузки окатышей в реакторы металлизации, выгрузки металлизованных окатышей и их брикетирования ежегодно образуются десятки тысяч тонн мелкодисперсных железосодержащих отходов. Для испытаний были использованы брэксы, произведенные из смеси отсева окатышей -55,6% (92% крупностью не более 6,3 мм), металлизированного шлама - 27,8% (92% крупностью не более 6,3 мм) и прокатной окалины - 16,6% (99% крупностью не более 10 мм). Основными целями исследования являлись оценка металлургических свойств брэксов применительно к процессу Мидрекс и выбор связующего, обеспечивающего их прочность и максимальную степень металлизации. Смесь перед брикетированием дополнительно измельчили (рис. 1) на валковой дробилке. Химический состав компонентов смеси представлен в табл. 1.

Опытные брикеты четырех типов (табл. 2), незначительное отличие химического состава которых определялось только видом и содержани-

100 90 80 70 60 50 40 30 20

2

1

-к—

Таблица 1. Химический состав компонентов смеси для приготовления брэксов в компании Qatar Steel

10

1,0

0,1

0,01

Рис. 1. Гранулометрический состав смеси материалов Qatar

Steel для брикетирования: 1 - исходная смесь; 2 - после доизмельчения (максимумы на кривых соответствуют содержанию в смеси частиц крупностью менее 5 мм)

Элементы и оксиды Содержание в компоненте, мас. %

отсев окатышей шлам окалина

Fe 65,0 66,6 70,0

SiO2 + CaO 3,8 6,52 1,00

CaO 1,3 4,38 0,15

MgO 0,75 0,69 0,10

A1A 0,95 0,83 0,25

MnO 0,1 0,16 1,20

P 0,055 0,045 0,02

TiO2 - 0,010 0,020

VA - 0,12 0,025

C - - 0,30

S 0,015 0,01 0,015

Na2O + K2O - 0,33 -

0

Таблица 2. Компонентный состав брэксов

Компоненты шихты Тип брикета

01-01 01-02 01-03 01-04

Смесь отсева окатышей, шламов и окалины 95,0 95,0 91,5 92,0

Гашеная известь 5,0 - - 6,0

Портландцемент - 5,0 8,0 -

Бентонит - - 0,5 -

Меласса - - - 2,0

Таблица 3. Физико-механические свойства брэксов после вылеживания

Свойства Тип брикета

01-01 01-02 01-03 01-04

Плотность1, г/см3 3,314 3,458 3,300 3,464

Плотность2, г/см3 3,085 3,005 2,844 3,038

Прочность1 на сжатие, Н/мм2 2,2 1,6 1,6 18,4

Влажность1, % 11,5 10,5 9,8 8,9

Влажность2, % 1,11 1,07 1,06 2,53

1 Сырые брикеты. 2 Упрочненные брикеты.

ем связующего, были изготовлены в компании J.C.Steele&Sons, Inc. на лабораторном экструде-ре. Для приготовления смеси и ее гомогенизации использован лабораторный смеситель Hobart, моделирующий обработку шихты в глиномялке с вакуумным затвором.

Физико-механические свойства сырых и упрочненных брэксов (после вылеживания в течение 14 сут.) существенно отличались (табл. 3).

Одним из наиболее важных свойств брикетов, определяющих их восстановимость, является пористость. Изучение образцов с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) LEO 1450 VP (Carl Zeiss, Германия) с гарантийным разрешением 3,5 нм

в сочетании с количественным анализом РЭМ-изображений, полученных в режиме отраженных электронов с помощью программного обеспечения БТ1МЛМ [6], позволило наряду с количественной оценкой (в диапазоне величин радиусов пор от 0,002 до десятков мкм) определить микроструктуру образцов и специфику их пористости. Пористость образцов брикетов 01-01 и 01-03 изучали на свежем сколе поверхности образцов. Морфологические исследования микроструктуры проводили с использованием режима вторичных электронов, позволяющем получать высококачественные полутоновые изображения в широком диапазоне увеличений. Методика БТ1МЛМ позволяет получать корректные изображения с четкими границами между порами и частицами. Измеренные таким образом морфологические параметры брэксов 01-01 и 01-03 и характеристики пор приведены в табл. 4. Из этих данных видно существенное различие пористости образцов только по коэффициенту анизотропии, обусловленное, вероятно, типом связующего материала.

Распределение макропор (размерами от 100 мкм) можно определять методами рентгеновской компьютерной томографии. Изображения на рис. 2 иллюстрируют различие в распре-

Рис. 2. Распределение пор размером больше 100 мкм в образцах брикетов 01-01 (а) и 01-03 (б) (микрорентгеновская томография)

Таблица 4. Морфологические параметры микроструктуры пористости образцов брэксов

Тип брикета Параметры Категории пор n , % из' K, % a'

D1 (<0,1 мкм) D2 (0,1-1,0 мкм) D3 (1,0-10 мкм) D4 (10-100 мкм) (>100 мкм) D , max' мкм

01-01 N, % 0,7 13,5 56,2 29,6 - 32,36 21,25 8,50

Kf 0,42-0,50; 0,58-0,67

01-03 N, % 1,9 18,2 46,9 33,1 - 32,2 20,88 17,69

K 0,33-0,42; 0,50-0,58

Примечания: 1. N - доля пор разных размерных категорий в общей пористости п , рассчитанная по РЭМ-изображению; Б -Б - различные размерные категории пор; -Отах - максимальный эквивалентный диаметр пор; К^ - коэффициент анизотропии, или степень ориентации твердых структурных элементов; К - коэффициент формы пор. 2. Коэффициент К рассчитывается как соотношение малой и большой полуосей эллипса, вписанного в пору. Для изометричных пор К ^ = 0,66-1,00, для анизометричных К ^ = 0,1-0,66, для щелевидных пор К ^ < 0,1.

Рис. 3. Стальные корзины (а) и пакеты (б) для ввода брэксов вместе с окатышами в реактор Мидрекс

делении макропор в сырых брэксах типов 01-01 и 01-03. Съемка проводилась с помощью рентгеновского компьютерного микротомографа Yamato TDM-1000 (Япония) при 32-кратном увеличении и разрешении 11 мкм. Можно констатировать, что доля пор размером от 100 мкм в брэксе 01-01 выше, чем в брэксе 01-03.

Величины открытой пористости, полученные по методике STIMAN, хорошо согласуются с величинами пористости, измеренными в соответствии со стандартом DIN 51056 жидкостенасыщением (ГОСТ 26450.1-85) в вакууме. Для образцов рассматриваемых брэксов значения пористости находятся в диапазоне 21-24%.

Проведено две серии ящичных испытаний по восстановлению брэксов в промышленном реакторе Мидрекс. В первой серии упрочненные брэксы (по 25-30 шт.) помещали внутрь жестких стальных

Рис. 4. Внешний вид восстановленных брикетов после извлечения из жестких корзин

корзин (рис. 3, а), которые загружали в реактор вместе с окатышами, а по окончании процесса извлекали из реактора. Это позволило визуально оценить состояние восстановленных брикетов, изучить их состав и свойства. В этом случае механическая прочность брэк-сов не играла существенной роли, поскольку они не подвергались давлению столба шихты. Жесткость корзины полностью устранила давление слоя окатышей на брэксы и, как следствие, возможную деформацию или разрушение брэксов. Во второй серии испытаний брэксы помещали в деформируемые газопроницаемые стальные пакеты (рис. 3, б), что позволило изучить их поведение в условиях, приближенных к условиям внутри слоя окатышей в реакторе Мидрекс. Ниже рассмотрены результаты первой серии испытаний.

После извлечения из реактора (рис. 4) хорошо видны трещины на брэксах 01-02 и 01-03, полученных с использованием цементной связки, причем трещин больше на брэксах 01-03 с более высоким содержанием связующего (см. табл. 2). Можно сделать вывод о связи горячей прочности брэксов с их прочностью на раздавливание. Менее прочные и менее плотные в холодном состоянии брэксы 01-02 и 01-03 (см. табл. 3) имели и меньшую горячую прочность, что выразилось в образовании в них поверхностных трещин. Это соответствует результатам исследования горячей прочности железорудных окатышей в сопоставлении с их прочностью на раздавливание [7]. Для окатышей также наблюдалась и негативная зависимость горячей прочности от соотношения А1203/8Ю2, увеличение которого снижает горячую прочность окатышей. Брэксы 01-02 и 01-03, показавшие меньшую горячую прочность по сравнению с брэксами на известковом связующем, имели самый высокий модуль из-за значительного содержания глинозема в цементе и особенно в бентоните (бр-эксы 01-03). В то же время наличие в брэксах 01-01 и 01-04 извести и гематита (отсев окатышей и окалина)

Таблица 5. Химический состав сырых и восстановленных брикетов

Тип брикета Сырой брикет Восстановленный брикет

Fet C Fe, % Fe me^ % Металлизация, % C, %

01-01 64,53 2,32 80,07 77,39 96,65 0,984

01-02 64,

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком