Исследование изменения структуры ТПМ при термообработке Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

11 3 В Е С Т И я

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том i23'3 1974

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ ТПМ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ

1С. И. ОМОЛЬЯНИНОВ, Г. Г. КРИНИЦЫН, Н. Г. АНТОНОВ

(Представлена научно-методическим семинаром ХТФ)

Заключение о возможности применения различных твердых таплив в металлургическом процессе производится при сравнении их качеств со стандартным коксом. Однако такое сравнение затруднительно в том случае, когда используется принципиально отличный от кокса материал. Типичным примером может служить оценка качества формованного торфо-рудиого материала (ТПМ). Наличие большого количества летучих углеродных соединений, минеральных добавок, аморфная структура исходного материала—все это создает ¡заметные отличия свойств ТПМ от свойств каменноугольного кокса.

Термическое разложение торфомассы, приводящее к потере летучих, относительному о б ^щ^ш^ш^щш^/^и^атр а минеральными компонентам«, .появлению|упорядодои^^лерод«с|ой структуры, делает качество формовки жкре .¿елее юлизюим к коксу.

Протекание перечисленных, до-менной печи влияет на

механические свойства|ма;тер^ проследить ха-

рактер и температурные зоны, в которых формовки подвержены значительным изменениям.

В качестве исходного материала брался 'низинный таганский торф влажностью 85%, зольностью 8,27% и выходом летучих 62,4%, к которому добавлялся концентрат Абагурской аглофабрики [1], ■измельченный под сито ОД мм, в количестве 40% на сырую массу торфа.

Материал исследовался в воздушно-сухом состоянии и после прогрева со скоростью 5 град/мин до температур 400, 800 и 1200°С. Параллельно проводился анализ образцов, ¡приготовленных без рудной добавки. Определение истинного и кажущегося удельного веса, количества оставшихся в органическом веществе летучих и содержание минеральных .примесей проводилось в соответствии с методиками, принятыми для характеристики качества торфа (для непрококсованных образцов) и каменноугольного кокса [2, 3]. Результаты сведены в табл. I.

Повышение-' температуры обработки приводит к возрастанию различий в структуре ТПМ и торфа без добавок. Особенно это проявляется при рассмотрении пористости исследуемых веществ (табл. 2). В первоначальном состоянии пористость ТПМ несколько выше таковой у торфа. При повышении температуры, в связи с максимумом газО'ВЫДС* ления и увеличением количества пор наибольшего диаметра [4], она ;резко возрастает у торфа и ¡после прогрева до температуры 400°С превосходит по абсолютной величине возрастание пористости ТПМ.

Это явление указывает на смещение максимума газовыделеиня в горфо-рудио-м материале в сторону высоких температур.

Резкое увеличение пористости формовки ТПМ происходит в интервале тем'ператур 400—800°С и при дальнейшем прогреве оно превосходит величину, определенную для торфа. Здесь необходимо отметит^, что, начиная с температур 500—600°С, идут интенсивные процессы, связанные с изменением структуры и химического состава окислов железа. Превращение окислов и их взаимодействие с находящимися в тесном контакте с ними углеродистыми соединениями приводит к развитию пор, отсутствующих в торфе без добавок и расположенных по поверхности контакта железная руда — торфомасса. Наиболее интенсивным должно -быть .порообразование па этой поверхности при те\ше-

Таблица 1

Технический анализ исследуемых образцов

Образец

Температура обработки, С

Ж, <',

v\ %

20 8,2372 54,746 58,86 11,7236

800 12,7952 46,1028 52,8674 0

800 22,4336 8,1697 10,5325 0

1200 22,9012 0,901 1,1686 0

20 45,0019 33,5215 70,415 7,2537

400 54,6764 27,8735 61,4988 0

400 78.543Q 4,8651 22,679 0

1200 95,2476 ■ 0,4474 - 9,4141 0

Таблица 2

Изменение пористости ТПМ и торфа при термообработке _t __—---

Образец

ТПМ

Торф

Температура обработки, ° С

Пористость, %

20 30,1

400 800 1200 20 400 800 1200 38,3 55 64 28 39,6 48,0 52,45

ратурах 700—800°С при переходе закиси железа в форму восстановленного железа. По полученным данным .в интервале температур 800— 1200°С пористость материала, имеющего добавку руды, возрастает1 почти втрое по сравнению <с торфом без добавки. Абсолютное значение 'Пористости, достигаемое в результате термообработки ТПМ, па 12% выше, чем у торфа.

Рентгенографическое исследование материалов (рис. 1) позволило проследить за развитием [процессов превращения окислов железа з формовках ТПМ и показало наличие заметного количества восстановленного железа в материале после прогрева до 800°С, а при температуре 1200° С полный (переход железа в металлическое состояние] Если после прогрева до температуры 800°С для торфа без добавок удалось

установить появление полосы 00)2 и замерить межшлоскостное рассто-0

яние, равное 3,35 А, то в -случае ТПМ большая концентрация минеральных компонентов не позволила определить наличие интерферен-

2*

19

Ционного' максимума, соответствующего трафитоподобной структуре.

Изменение в »структуре торфорудного материала протекает непрерывно, и разрозненные определения не могут дать полной их характеристики, ¡поэтому представляло интерес проследить за 'изменением структуры на протяжении всего нагрева до 1200°С.

В качестве показателя, по которому судили о ходе изменений в структура углеродного вещества, была взята ,усадка материала три нагреве (рис. 2). Усадка отражает изменение среднего радиуса пор и дает возможность проследить за равномерностью изменений ,в исследуемом материале. Для исследования ¡были взяты ТТТМ и торф в воздуш-

Угол падения лучей, град.

Рис. 1. Рентгенограммы. 1 — торф, обработанный до 400°С, 2 — 800°С, 3 - 1200°С, 4 — 1600°С, 5 — графит

но-сухом состоянии. Образцы нагревали -в нейтральной атмосфере. Об изменении размеров судили по .показателям механического индикатора, соединенного с образцом посредством штока.

Из рис. 2 видно, что в -начале опыта усадка ,примерно одинакова у обоих образцов, после достижения температуры 260°С скорость усадки у торфа выше, чем у ТПМ. Вероятно, это можно объяснить наличием в торфе с добавками большого количества включений, не меняющих объема, что задерживает протекание усадки в смеси.

На графике 2 усадки торфорудного материала в интервале температур 700—850°С наблюдается задержка? изменения размера образца. Известно ,[5], что в этом интервале наблюдается изменение структуры как окислов железа, так и восстановленного железа, сопровождающее-

ся изменением объема. При этих температурах, по-видимому, протекает наиболее интенсивный процесс восстановления с образованием железа. Именно на этот температурный интервал приходится по данным анализа отходящих газов максимум выделения углекислоты.

Таким образом, присутствие в торфе железной руды приводит к интенсификации процесса термического разложения его органической массы. Одновременно ,-за счет тесного контакта окислов железа с органической массой торфа интенсивно проходят восстановительные 'процессы.

Рис. 2. Динамика усадки при нагревании 1 — ТОМ, 2 — торф

ЛИТЕРАТУРА

1. Доменное производство. Справочник под ред. И. П. Бардина. М., Металлург-лздат, 1963.

2. Н. Е. Семе некий. Технический анализ торфа. М., «Недра», 1966.

3. А. Д. Глузман, И. И. Эдельман.' Лабораторный контроль коксохимического производства. Харьков, Металлургиздат, 1957.

4. А. С. Фиалков. Формирование структуры и свойств углеграфитовых материалов. М., «Металлургия», 1965.

5. М. А. Павлов. Металлургия чугуна. М., Металлургиздат, 1945