CC BY
398
ОБОГАЩЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ
УДК 669.162.1
Берсенев И.С., Горбачев В.А., Судай А.В., Сапожникова Т.В., Зинягин Г.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОКАТЫШЕЙ ИЗ ГЕМАТИТОВОЙ РУДЫ БОЛЬШЕТРОИЦКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Аннотация. Рассмотрены способы окускования гематитовых руд, результаты лабораторных исследований по окомко-ванию и обжигу гематитовых окатышей, сравнение свойств окатышей из различного концентрата. Ключевые слова: гематитовая руда, концентрат, окатывание, обжиг, свойства.
Вовлечение в производство новых видов руд и концентратов является одной из важных задач сохранения и развития промышленного потенциала экономики. В условиях металлургии России решению этой задачи служит использование гематитовых руд, запасы которых значительны (до 7% от общих запасов руд [1]), а опыт использования весьма скуден. Ранее, в работе [2], были изложены результаты исследования технологий окускования гематитовых руд, без анализа металлургических свойств получаемых железорудных агломерата и окатышей. В то же время именно свойства окускованного сырья обуславливают их эффективную переработку в металл. Поэтому цель настоящей работы - исследование металлургических свойств железорудного сырья из гематитовых руд -является весьма актуальной.
В качестве объектов исследования были выбраны окатыши из гематитовой руды Большетроицкого месторождения, полученные в лабораторном окомко-вателе и обожженные в условиях, аналогичных режиму обжига верха слоя на действующей обжиговой машине ОАО «Михайловский ГОК». В ходе исследований сравнивались свойства окатышей гематитовой руды (пробы №1-4) с окатышами из рядового концентрата ОАО «Михайловский ГОК» (проба №0). Состав, свойства и результаты исследований использованных окатышей приведены в таблице. Поскольку в гемати-товых окатышах менее выражен внутренний источник тепла от окисления FeO, а обжиг окатышей проводили в идентичных условиях, в пробы окатышей №1-4 был добавлен измельченный коксик. Это позволило обеспечить сопоставимые тепловые условия обжига окатышей из концентратов разного типа.
физическое моделирование. Методика исследования заключалась в восстановлении окатышей в токе водорода при постоянной температуре газовой среды (700 и 900°С). Анализ изменения степени восстановления исследуемых окатышей во времени проводился измерением массы окатышей с интервалом 2 с. Одновременно с восстановимостью прочность окатышей при восстановлении со степенью восстановления 20-30%. Именно в этих условиях имеет место минимальная прочность окатышей, что связано с фазовым переходом гематит - магнетит и возникновением внутренних напряжений в спеках.
Из таблицы видно, что использование гематито-вого концентрата положительно повлияло на содержание общего железа в окатышах, увеличив его на 8,5% (отн.), но при этом выросло и количество FeO: с 0,97% у окатышей пробы №0 до 1,87% у окатышей из гематитового концентрата Большетроицкого месторождения.
Сопоставление коэффициента восстановления и количества FeO в окатышах показывает, что при температуре реакции 700°С общий показатель коэффициента восстановления имеет пониженную величину, поскольку процесс восстановления затруднен. Причиной этого служит пониженная величина площади удельной поверхности (крупные зерна концентрата). При температуре реакции 900°С коэффициент реакции достаточно высок в общем и при этом прослеживается его увеличение при повышенной площади удельной поверхности 1593 и 1784 см2/г (пробы 3 и 4 соответственно), так как зерно концентрата стало существенно мельче и процесс восстановления активи-
Характеристики исследованных окатышей
Номер пробы Расход Удельная поверхность, см2/г Химический состав обожженных окатышей, % Константа скорости восстановления Прочность на «Горячая» прочность, кг/ок
Бентонит Кокс Fe FeO CaO SiO2 700°С 900« сжатие, кг/ок 700« 900«
0 0,60 1658 62,9 0,97 0,8 8,7 0,58 0,67 296 180 125
1 969 68,3 1,87 0,3 0,6 0,36 0,48 221 25 13
2 0,70 1,0 1233 68,1 1,84 0,3 0,5 0,30 0,58 203 24 11
3 1593 68,2 1,6 0,3 0,6 0,36 0,74 170 71 15
4 1784 68,4 1,6 0,3 0,5 0,37 0,59 174 56 27
Основным методом исследования было выбрано
зируется.
Присутствующий в шихте ге-матитовых окатышей коксик, на наш взгляд, не оказал существенного влияния на коэффициент восстановления. При этом, сравнивая базовую пробу из магнетитового концентрата (№0) с пробами №1-4, представилось возможным установить явные различия при восстановлении окатышей из разных кон-
№1 (13). 2013
3
Раздел 1
центратов. Так, отрицательное влияние гематитового концентрата на восстановимость (общий пониженный показатель коэффициента восстановления) отчетливо проявилось при температуре восстановления 700°С. По нашему мнению, на это повлияли фазовые превращения при восстановлении гематитового концентрата, несколько отличающиеся от фазовых превращений при восстановлении базового, магнетитового концентрата. Тогда как при температуре восстановления 900°С данный факт не прослеживается, так как температура восстановления достаточно высокая. При этом многие как положительно, так и отрицательно влияющие на процесс восстановления факторы нивелируются повышенной температурой, реакция восстановления идет очень активно.
Сопоставление «горячей» прочности окатышей и температуры восстановления также свидетельствует об отрицательном влиянии гематитового концентрата на показатели восстановления. Так, показатель горячей прочности окатышей в сравнении с базовой пробой №0 (из рядового магнетитового концентрата), он существенно понижен. При этом четко виден повышенный показатель горячей прочности при пониженной температуре восстановления (700°С). Это, на наш взгляд, связано с тем, что реакция восстановления протекает менее экстремально, что приводит к образованию менее разобщенной структуры восстановленного окатыша. Наряду с этим заметно увеличение показателя горячей прочности с возрастанием удельной поверхности выше 1233 см2/г (пробы №3, 4). Дополнительное отрицательное влияние на показатель горячей прочности оказывает коксик, присутствующий в шихте. Он в процессе окислительного обжига выгорает, оставляя за собой большое количество мелких пор, при восстановлении которые еще больше разобщаются, что приводит к резкому падению горячей прочности.
Однако при всех вышеописанных факторах, определяющих горячую прочность окатышей, важно добавить, что как в обожженном, так и в восстановленном окатыше основным параметром, формирующим его прочность является оксид кремния ^Ю2). Как следует из таблицы, в обожженных окатышах из гематитового концентрата количество этого минерала сведено до минимума, что не замедлило отразиться на прочности обожженных окатышей и далее на прочности восстановленных. Таким образом, оксида кремния
явно не хватает для того, чтобы обеспечить требуемые свойства спеченных структур по показателям как «холодной», так и «горячей» прочности.
Дополнительно, для оценки достоверности полученных выводов, был проведен минералогический анализ окатышей, на основании которого установлено:
1. Зерна мартита (псевдоморфоза магнетита) при нагреве приобретают форму гематита. Это сопровождается изменением объёма и выражается в появлении микропористости внутри зерна.
2. Микропористость во всех пробах окатышей высокая. Расположение пор по сечению окатыша неравномерное. В центральной части окатыша поры крупнее. Наибольшая пористость образуется на расстоянии половины радиуса окатышей.
3. Силикатная связка в форме стекла образуется в небольшом количестве. Обломочные зёрна первичных силикатов и бентонита сохраняется в структуре окатышей.
Полученные данные подтверждают выводы о более высокой пористости окатышей из гематитовой руды и факт слабого развития силикатной связки.
Вывод. По металлургическим свойствам окатыши из гематитовых и магнетитовых руд имеют значительные различия. При этом по содержанию общего железа, восстановимости окатыши из исследованной гематитовой руды превосходят магнетитовые окатыши, а по отдельным («горячая» и «холодная» прочности) наблюдается обратная картина. Относительно низкие показатели прочности окатышей из гематито-вой руды связаны с особенностями ее минерального состава, что обуславливает формирование в окатышах малое количество силикатной связки и соответственно значительное разупрочнение под действием внутренних напряжений, возникающих при восстановлении оксидов железа.
Литература
1. Шульц Л.А. Долгосрочный прогноз развития технологии массового производства стали // Изв. вузов. Черная металлургия. 2008. №11. С.40-48.
2. Перспективы использования гематитовых руд для производства железорудного сырья / И.С.Берсенев, Р.А.Полуяхтов. В.А.Горбачев, М.П.Ершов, Г.А.Зинягин, Ю.Г.Ярошенко // Сталь. 2008. №12. С.14-16.
Сведения об авторах
Берсенев Иван Сергеевич - канд. техн. наук, руководитель группы агломерационного оборудования, технологии агломерации ООО «НПВП ТОРЭКС», г.Екатеринбург. Тел.: (343)253-06-56. E-mail: i.bersenev@torex-npvp.ru
Горбачев Валерий Александрович - канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, технический директор ООО «НПВП ТОРЭКС», г.Екатеринбург. Тел.: (343)253-06-50. E-mail: npvp@torex- npvp. ru
Судай Алексей Викторович - ведущий инженер ООО «НПВП ТОРЭКС», г.Екатеринбург. Тел.: (343)253-06-50. E-mail: npvp@torex- npvp. ru
Сапожникова Татьяна Всеволодовна - канд. геол.-минер. наук, ст. науч. сотрудник Имет УрО РАН, г.Екатеринбург. Тел.: (343)267-01-24.
Зинягин Геннадий Алексеевиич - канд. техн. наук, главный специалист ЗАО «Объединенная металлургическая компания», г.Москва. Тел.: (495) 231-77-71.
♦ ♦ ♦
4
Теория и технология металлургического производства
