CC BY
23
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
Вип.№ 11
2001 р.
УДК 669.162.1
Ожогин В.В.1, Томаш A.A.2, Лозовой В.П.3
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗВЕСТКОВО-ШЛАМОВЫХ
БРИКЕТОВ
Результаты исследований прочностных характеристик изеесткоео - шламовых брикетов показали принципиальную возможность и условия получения брикетов без специальных видов связующего, допускающих их использование в доменном производстве
Одной из существенных причин, сдерживающих развитие и распространение такого способа подготовки отходов, как брикетирование, является низкая механическая прочность брикетов. Поэтому выявление условий и закономерностей получения прочных брикетов является важнейшим фактором, обеспечивающим практическую реализацию этого перспективного способа утилизации.
Под механической прочностью брикета следует понимать способность противостоять вредным механическим воздействиям, которым подвергается брикет в процессе доставки к месту переработки, т.е. дроблению, сжатию и истиранию. Мерой механической прочности является количество работы, затрачиваемой на разрушение брикета до заданного фракционного состава или достигнутый фракционный состав при постоянной работе разрушения Ар, определяемой по формуле:
Ар = As + Av + Ат , (1)
где As - работа, затраченная на образование новой поверхности;
Av - работа упругих деформаций;
Ат - работа трения, не приводящая к образованию новой поверхности.
Для относительно хрупких и прочных материалов, какими и являются брикеты, значение Av и Ат мало, и работа разрушения достаточно точно характеризуется первым слагаемым.
В металлургии механическая прочность характеризуется тремя показателями: ударной прочностью, истираемостью и прочностью на раздавливание (временное сопротивление сжатию), из которых в силу простоты испытания первые два показателя получили наибольшее распространение. Статистические исследования показывают, что существует тесная корреляционная связь между этими показателями. С ростом ударной прочности происходит увеличение прочности на раздавливание и снижение истираемости.
Таким образом, показатель ударной прочности может достаточно полно характеризовать механическую прочность брикета. Его репрезентативность составляет 70-80 %. В металлургии он является основным. Использование сопротивления удару для оценки механической прочности предпочтительно потому, что его определение по выходу фр. > 5 мм при падении брикетов с высоты двух метров на стальную плиту во многом повторяет реальные механические разрушения при транспортировке, перегрузках и загрузке шихты на колошник.
Для исследования возможности и условий получения из пылевидных металлургических отходов брикетов, удовлетворяющих требованиям по механической прочности, использовали двухкомпонентные известково-шламовые смеси различного состава. В качестве шламовой составляющей был выбран реальный конвертерный шлам, имеющий небольшое содержание СаО в пределах 2,8-5,7 %. В общем случае это могут быть любые шламы или их смеси достаточно
1 ПГТУ, инж.
2 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
3 МК "Азовсталь", инж.
мелкого гранулометрического состава, не содержащие масел. Известковая составляющая, служащая в качестве связующего была, представлена гидратной известью, полученной в результате гашения отсева комовой извести.
Прессование цилиндрических брикетов диаметром 30 мм с плоскими или сферосег-ментными основаниями и высотой 15-25 мм осуществляли на винтовом ручном прессе, снабженном фрикционным механизмом, позволяющим развивать одинаковое для всех брикетов усилие прессования не ниже 30 МПа, которое легко обеспечивается вальцовыми промышленными прессами.
Из всего массива изготовленных брикетов произвольно выбирали порции из 10 брикетов средней массой 0,2 кг как непосредственно после изготовления, так и через определенные периоды времени (1, 2, 3, 5, 7, 15 иЗО суток), которые сбрасывали на стальную плиту с высоты двух метров. Число сбрасываний достигало 20 раз. При определении количества сбросов учитывали, что общая высота падений брикетов при перегрузках от изготовителя до поверхности шихты в доменной печи составляет около 40 м, что соответствует 20 падениям с высоты двух метров. Работа разрушения при таком количестве сбросов превосходит результаты барабанной пробы. Выход фракции +5 мм из агломерата среднего качества после разрушения в барабане составляет примерно 75 %. Такой же результат достигается уже после 12 падений агломерата с высоты 2 м. После 20 падений кривая выхода фракции +5 мм окончательно трансформируется в монотонно - убывающую функцию, позволяющую прогнозировать ее поведение.
Рассев осуществляли по трем фракциям: -5 мм, 5-10 мм, и +10 мм, позволяющим судить о качественном составе частиц крупнее 5 мм. Фракцию меньше 5 мм исключали из каждого последующего сбрасывания.
Работа разрушения определяется потенциальной энергией падения брикетов, т.е. Ар = гг^к После п-го падения суммарная удельная работа разрушения Ар равна:
АР = §1, (2)
г=1
где g - ускорение свободного падения, равное 9,81м/с2;
Ь - высота падения, равная 2 м;
51 - выход фракции + 5 мм после ¿-го сбрасывания, доли единиц. Результаты исследований представлены на рисунке.
Зависимость удельной работы разрушения брикетов Ар от длительности вылёживания X при содержании извести в брикете 20 % удовлетворительно (корреляционное отношение г) = 0,935) описывается уравнением
Длительность вылёживания I, сут Содержание извести в брикете Са(ОН)2,%
Рис. - Зависимость удельной работы разрушения брикетов АР от: а - длительности вылёживания X (цифры у кривых - содержание извести в брикетах, %); б - содержания гидратной извести Са(ОН)2 (цифры у кривых продолжительность вылёживания, сут., 0 - брикеты, высушенные непосредственно после изготовления в течение 30 мин. при температуре 250 °С)
Ар = 359 - 125 (t+0,44)°'578exp[-0,062 (t+0,44)1'578] (3)
Подобные уравнения применимы и для брикетов другого состава.
Упрочнение брикетов начинается после удаления 70 - 80 % содержащейся в них влаги, которое достигается сушкой брикетов при среднесуточной температуре 20-24 °С и влажности менее 80 % в течение 1,5-3-х суток (см. рис.). 70-80 % своей максимальной прочности брикет приобретает уже при 7-суточном вылёживании. При более длительной выдержке происходит постепенное наращивание прочности за счет поглощения С02 воздуха и превращения гидроокиси в кристаллический карбонат с увеличением массы брикетов до 7 % за 22 сут. Достаточно прочные брикеты можно получить при содержании Са(ОН)2 в смеси 20 % и более и длительности вылёживания свыше 15 суток. Процесс упрочнения брикетов многократно ускоряется сушкой в атмосфере печных газов, содержащих значительное количество С02. Брикеты прочностью, соответствующей 30-суточной выдержке, с содержанием Са(ОН)2, от 20 до 30 % можно получить при получасовой сушке в печи с температурой 250 °С. Прочность таких брикетов значительно выше агломерата, а прочность на раздавливание составляет 18-20 МПа, что позволяет их использовать в качестве железо-флюса в доменном производстве. Высокая прочность шламовых брикетов, кроме максимально возможного давления прессования и высокотемпературной сушки в атмосфере углекислого газа, обеспечивается также исключительно тонким фракционным составом исходных компонентов, позволяющим получить практически однородную смесь, и повышенной «схватываемостью» шламов.
Выводы
В результате изучения прочностных характеристик известково-шламовых брикетов показана принципиальная возможность и определены условия получения брикетов из отходов металлургического производства, обладающих прочностью на удар, соответствующей стандартной барабанной пробе 90 %, и на сжатие до 20 МПа, что соответствует требованиям к механической прочности доменного сырья.
Ожогин Владимир Владимирович. Инженер-экономист, соискатель ученой степени канд. техн. наук. ПГТУ, кафедра металлургии чугуна. Окончил Мариупольский металлургический институт в 1972 году. Основные направления научных исследований - разработка экологически чистых и экономически эффективных технологий утилизаций отходов металлургического производства, брикетирование.
Томаш Александр Анатольевич. Канд. техн. наук, доцент кафедры металлургии чугуна ПГТУ. Окончил Мариупольский металлургический институт в 1987 году. Основные направления научных исследований - совершенствование агломерационного и доменного процессов и снижение энергетических затрат на выплавку чугуна: изучение закономерностей движения зернистых материалов и газов в противоточных реакторах.
Лозовой Валерий Пантелеймонович. Зам. начальника ЦЛМК «Азовсталь». Окончил Ленинградский политехнический институт в 1966 году. Основные направления научных исследований: повышение эффективности аглодоменного производства, разработка и внедрение ресурсо-и энергосберегающих технологий.
Статья поступила 07.10.2000.
OZHOGIN V.V., TOMASH A.A., LOZOVOY V P. MECHANICAL DURABILITY RESEARCHING OF LIME-ORE BRICKFUELS
