Изучение состава и структуры офлюсованного агломерата при добавках низкощелочного красного шлама

ОБОГАЩЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ

УДК 669.162.1: 669.046

Ширяева Е.В., Подгородецкий Г.С., Малышева Т.Я., Горбунов В.Б.

ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ОФЛЮСОВАННОГО АГЛОМЕРАТА ПРИ ДОБАВКАХ НИЗКОЩЕЛОЧНОГО КРАСНОГО ШЛАМА

Аннотация. Установлено влияние низкощелочного красного шлама на минералогический состав и физико-механические свойства агломератов из руд железистых кварцитов ОАО «Уральская Сталь». На стадии грануляции добавка тонкодисперсной массы низкощелочного красного шлама изменяет соотношение мелкой и крупной фракции шихты в сторону увеличения крупной. Рост прочности и снижение истираемости агломератов происходит за счет замены в их составе силикатных связок на ферритные.

Ключевые слова: красный шлам, агломерация, аглочаша, аглошихта, низкощелочной красный шлам, прочность на удар, истираемость, ферритная связка, силикатная связка.

Упрочнение железорудного сырья в процессе термической обработки определяется при прочих равных условиях образованием определенной минералогической структуры. Связки рудных зерен, являясь основными носителями прочности готового агломерата, должны удовлетворять техническим требованиям сырья как при транспортировке, так и при восстановительно-тепловой обработке. Для получения прочного сырья требуется поиск резерва производства.

Решение задачи управления минералообразова-нием в процессе производства железорудного сырья является основной целью при получении продукта с оптимальными металлургическими свойствами. Одним из методов решения подобных задач является применение различных добавок в шихту агломератов и окатышей [1-3].

В данной работе изучено влияние низкощелочного красного шлама на минералогический состав и прочностные свойства агломерата, полученного в лабораторных условиях из шихты агломерационного производства ОАО «Уральская Сталь», в составе которой преобладают тугоплавкие руды железистых кварцитов. Спекание агломерата выполнено на агло-чаше при постоянном составе рудной части шихты (57% михайловского концентрата, 29% бакальской аглоруды, 2,3% окалины, 3,3% мелочи брикетов, 1,3 % колошниковой пыли, 5% отсева агломерата, 2,1% собственного шлама КОШ, возврата 28%). В опытных спеканиях основность шихты поддерживалась равной (В=1,65). Содержание красного шлама в опытах менялось от 1 до 7% с шагом 2%.

Низкощелочной красный шлам (НКШ) получен взаимодействием красного шлама Уральского алюминиевого завода с известковым молоком в реакторе проточного типа при температуре 80оС (табл. 1).

Таблица 1

Химический состав низкощелочного красного шлама

Определяемый элемент Fe2Oз SiO2 CaO AhOз MgO Na2O ТО2 P2O5

Содержание элементов, % масс. 36,8 7,9 21,9 10,8 0,8 0,15 0,85 3,8 0,75

Используемый в работе красный шлам представляет собой мелкодисперсную массу сложного состава. Настоящее исследование преследовало цель путем реакционноспособной добавки НКШ снизить температуру начала расплавообразования в процессе спекания агломерата.

Первоначально влияние низкощелочного красного шлама на процесс окомкования агломерационной шихты исследовано методом рассева на фракции: +5; 2.5 - 5; -2.5 мм. Результаты свидетельствуют о том, что с увеличением количества добавки НКШ снижается содержание мелкой фракции - 2,5 мм и растет содержание крупных фракций.

В качестве интегрального показателя степени окомкования шихты использован среднегармониче-ский диаметр гранул dэ, рассчитанный по данным рассева [4]:

х-—— ' di х q¡

где q¡ - содержание частиц ¡-й фракции, д.ед.; d¡ - диаметр ¡-й фракции, мм; d_ и d+ - нижний и верхний размер гранул фракции.

Результаты расчета эквивалентного диаметра гранул (4,) шихты с различным количеством красного шлама свидетельствуют об увеличении степени оком-кования исходной шихты с ростом количества добавляемого НКШ.

Для определения минерального состава агломерата с различными добавками НКШ после окончания

ОБОГАЩЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ

процесса спекания и охлаждения вручную отбирались пробы преимущественно из нижних слоев аглопирога, где глубина взаимодействия компонентов шихты была максимальной.

Установлено, что во всех пробах базового агломерата рудная фаза представлена магнетитом FeзO4, связкой магнетитовых кристаллов является стеклофаза. Практически все исследованные образцы базового агломерата представляют собой двухфазную минеральную систему: магнетит - силикатная связка (см. рисунок, а).

„ т.жж

< гП ^ '

Минеральный состав и микроструктура

агломерата. Магнетит белый, феррит серый, стеклофаза темно-серая.

Отраженный свет, х 500: а - базовый агломерат; б - агломерат с 3% НКШ; в - агломерат с 5% НКШ; г - агломерат с 7% НКШ

При добавлении в аглошихту одного процента красного шлама меняется только состав и микроструктура стеклофазы. В её объёмах появляются мелкие кристаллы ферритной фазы, образовавшиеся при охлаждении железосиликатного расплава. В силикатной связке отсутствуют контакты феррита с магнетитом, поэтому носителем прочности агломерата остаётся стеклофаза, армированная игольчатыми кристаллами феррита.

Увеличение в составе аглошихты красного шлама до трёх процентов заметно меняет направление минералообразования агломерата в целом. Агломерат превращается в трехкомпонентную минеральную композицию, состоящую из магнетита, феррита и стеклофазы. Меняется роль ферритной фазы. Ее пластинчатые кристаллы, образовавшиеся на контакте магнетита с железосиликатным расплавом, становятся основной связкой рудных зерен. Количество остаточного расплава в виде стеклофазы наблюдается в петлях ферритных кристаллов (см. рисунок, б).

Микроструктура агломератов принципиально меняется при увеличении в их составе обесщелоченного красного шлама до пяти и семи процентов. В этом случае в процессе расплавообразования в зонах жидко-

фазного спекания агломерата компоненты красного шлама становятся определяющими. При этом происходит перераспределение рудных и силикатных компонентов в составе железосиликатного расплава. На стадии охлаждения агломерата на контакте железоси-ликатного расплава и окисляющихся с поверхности зерен магнетита зарождаются и растут кристаллы алю-мосиликоферритной фазы, выполняя в этом случае роль связки рудных зерен (см. рисунок, в, г). Соотношение магнетита, феррита и стеклофазы в объемах агломератов с пятью и семью процентами низкощелочного красного шлама зависит от количества введенной в состав шихты добавки. При этом в исследованных образцах агломератов общее количество ферритных связок преобладает над стелофазой.

Качественное и количественное изменение микроструктуры агломератов с добавками низкощелочного красного шлама подтверждается результатами анализа минерального состава методом мессбауэровской спектроскопии. Чётко подтверждаются фазовые превращения рудных, ферритных и силикатных фаз при изменении химического состава агломератов. Начало процесса ферритообразования связок агломератов уже при одном проценте красного шлама сопровождается снижением количества магнетита, поскольку на образование алюмосиликоферрита расходуется железо магнетита. Увеличение в связках ферритной фазы является причиной снижения в агломератах количества стеклофазы. Это связано с тем, что оксид кремния входит в состав алюмосиликоферрита техногенного сырья до 10 масс. %.

Особый интерес представляет сравнительный анализ механических свойств агломератов (табл.2).

Таблица 2

Механические свойства агломерата с добавками НКШ, % (по массе), ГОСТ 15137-77

Фракция, мм

+ 5

0,5

Базовый

61,6

7,6

Агломерат

1%

63,5

7,9

3%

66,1

6,6

5%

74,3

4,33

7%

69,1

5,8

Тенденция изменения прочности агломератов с изменением количества добавки НКШ очевидна. Так, при заметном уменьшении в агломерате связки в виде стеклофазы и появлении связки ферритной (3% НКШ) выход фракции «+5 мм» возрастает с 61,6 до 66,1%, а доля фракции «-0,5 мм» уменьшается с 7,6 до 6,6%. Особенно ярко влияние НКШ на прочностные свойства готовой продукции при добавки 5%. Прочность по сравнению с базовой возрастает на 12,7%, а истираемость уменьшается на 1,8%.

Таким образом, при спекании многокомпонентной шихты на основе аглоруд и концентратов железистых кварцитов установлен механизм упрочнения агломератов с добавкой низкощелочного красного шлама. Тонкодисперсная масса низкощелочного

№1 (14). 2014

5

Раздел 1

красного шлама в высокотемпературной зоне спекания переходит в железосиликатный, меняя направление минералообразования связок рудных зерен. При добавках НКШ силикатная связка агломератов постепенно заменяется связкой высокожелезистой - фер-ритной, а увеличение содержания в связке ферритов и снижение при этом количества стеклофазы сопровождается ростом прочностных свойств агломератов.

1. Вегман Е.Ф. Теория и технология агломерации. М.: Металлургия, 1974. 288 с.

2. Коротич В.И., Фролов Ю.А., Бездежский Г.Н. Агломерация рудных материалов. Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2003. 400 с.

3. Малышева Т.Я. Железорудное сырье: упрочнение при термообработке. М.: Наука, 1988. 198 с.

4. Кривенко С.В. Анализ полидисперсности сыпучих материалов // Науковi пращ ДонНТУ. Металурпя. 2009. Вип. 11 (159). С. 13-23.

Список литературы

Сведения об авторах

Ширяева Елена Владимировна - аспирант, вед. инженер-программист каф. ЭРЧМ НИТУ «МИСиС», г. Новотроицк. E-mail: shiryaevaelena@gmail.com

Малышева Татьяна Яковлевна - канд. геол.-минер. наук, вед. эксперт каф. ЭРЧМ НИТУ «МИСиС», г. Новотроицк. Подгородецкий Геннадий Станиславович - доц., канд. техн. наук, зав. каф. ЭРЧМ НИТУ «МИСиС», г. Новотроицк. E-mail: podgs@misis.ru

Горбунов Владислав Борисович - доц., канд. техн. наук, каф. ЭРЧМ НИТУ «МИСиС», г. Новотроицк. E-mail: gorbunov@misis.ru

♦ ♦ ♦

УДК 669.1.022

Шаповалов А.Н., Овчинникова Е.В., Майстренко Н.А.

КАЧЕСТВО ПОДГОТОВКИ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ К СПЕКАНИЮ В УСЛОВИЯХ ОАО «УРАЛЬСКАЯ СТАЛЬ»

Аннотация. Выполнен анализ условий работы и показателей агломерационного производства в условиях ОАО «Уральская Сталь». Проанализированы условия подготовки агломерационной шихты к спеканию. Установлены основные технические и технологические факторы, ограничивающие показатели агломерационного производства. Предложены направления совершенствования технологии подготовки шихты к спеканию в условиях ОАО «Уральская Сталь». В условиях лимита материальных ресурсов на техническое перевооружение особое внимание следует уделять совершенствованию технологии подготовки агломерационной шихты за счет таких направлений, как оптимизация гранулометрического состава и расхода обожженной извести, а также улучшение связующих свойств воды, подаваемой при увлажнении, за счет добавок поверхностно-активных веществ.

Ключевые слова: агломерационная шихта, гранулометрический состав, смешивание, окомкование, агломерация.

Производство агломерата в ОАО «Уральская Сталь» осуществляется на четырех агломашинах площадью спекания 84 м2 (суммарная площадь спекания 336 м2). Усредненные показатели работы агломерационного цеха ОАО «Уральская Сталь» за период с ноября 2010 по октябрь 2012 представлены в табл. 1.

Как следует из данных табл. 1, показатели работы агломерационного цеха ОАО «Уральская Сталь» как по производительности, так и по качеству агломерата не отвечают современным требованиям доменного производства. Это главным образом, объясняется несовершенством существующей технологии подготовки агломерационной шихты к спеканию, не обеспечивающей должной эффективности смешивания и

окомкования шихты, особенно в условиях повышенной доли тонкозернистых концентратов. Это в совокупности с низким разрежением в коллекторе и температурой шихты (особенно в зимний период) не позволяет работать на высоком слое и ограничивает как производительность, так и качественные показатели агломерата.

В условиях действующего агломерационного производства качество подготовки аглошихты, характеризуемое однородностью химического состава и газопроницаемостью шихты [1-4], определяется параметрами работы технологического оборудования, физико-химическими свойствами компонентов шихты и их соотношением.