CC BY
15
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2000 г, Вып.№9
УДК 669.046.41:537.621
Маслов' В.А.1, Трофимова Л.А.2
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОГРАФИТОВЫХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Проанализировано влияние химического, гранулометрического составов и термической обработки железографитовых отходов (ЖГО) металлургического производства на их электрофизические свойства. Показано, что с уменьшением содержания в них углерода величина удельной намагниченности насыщения, увеличивается; с уменьшением размера частиц ЖГО величина^увеличивается; магнетизи-
СТс
рующий обжиг ЖГО при ~650 °С увеличивает величину > в 2,5 - 3,0 раза.
Существенная экономия в черной металлургии может быть достигнута за счет рациональной переработки железографитовых отходов (ЖГО). ЖГО являются дешевым высококачественным сырьем для производства графита и изделий из него. Помимо извлечения графита, ЖГО могут быть основой для получения композиционных порошковых материалов, обладающих радиоэкранирующими и радиопоглощающими свойствами. Потребность в таких материалах существенно возрастает в связи с ростом сети радиоэлектронного оборудования и аппаратуры, работающих в СВЧ-диапазоне.
В исходном состоянии ЖГО обладают невысоким уровнем электрофизических свойств, поэтому представляет теоретический и практический интерес изучение способов их улучшения.
Целью настоящей работы было исследование влияния химического и гранулометрического составов, а также термической обработки ЖГО на их электрофизические свойства.
ЖГО образуются на всех стадиях цикла при производстве и переработке жидкого чугуна в сталеплавильных агрегатах и при разливке его на разливочных машинах. Принято все ЖГО в зависимости от места образования разделять на четыре группы: 1) отходы доменных печей; 2) отходы на разливочных машинах; 3) отходы в миксерах; 4) отходы при осуществлении десульфурации чугуна.
Независимо от места образования движущей силой выделения ЖГО из жидкого чугуна является уменьшение растворимости углерода в железе с понижением температуры [1]:
С в =2,57-Ю-3 • Д^, (1)
где Св - количество выделившегося ЖГО при понижении расплава на А/.
Из опыта металлургических предприятий известно, что основную долю составляют ЖГО миксерных отделений, что связано с интенсивным охлаждением жидкого чугуна на пути из доменного цеха до миксерного отделения. В таблице приведен химический состав ЖГО мик-серного отделения ОАО «Азовсталь».
Анализ таблицы показывает, что ЖГО миксерного отделения содержит в своем составе железо и его окислы, углерод и шлаковые примеси.
Из литературы [2] известно, что наиболее важным свойством порошков, характеризующим пригодность для изготовления из них материалов с радиоэкранирующими свойствами, является удельная намагниченность насыщения,^Как и в работах [2, 3], величину^ образцов ЖГО определяли в постоянном магнитном поле при его напряженности 1200 кА/м.
1 ПГТУ, д-р техн. наук
2 ПГТУ, ассистент
ь> ВТ
50
Величина удельной намагниченности насыщения многокомпонентных ЖГО зависит от соотношения содержания в них составляющих, обладающих магнитными свойствами и таковых свойств не имеющих. Показателем Уровня магнитных свойств ЖГО может стать содержание в них углерода. На рис.1 приведен график зависимостиаз=у(С). Из рисунка видно,
что зависимость носит линеиныи характер и описывается уравнением вида:
Ъ-=АС + В, (2)
где С-содержание углерода в ЖГО, %мас.;
А и В - коэффициенты уравнения, величина которых, найденная расчетным путем: А = -0,76; В = 53,0.
На прямую рис.1 кроме опытных нанесены точки, полученные при обработке данных авторов работы [3]. Очевидно хорошее совпадение, что подтверждает правильность выполненного расчета.
Уравнение (1) кроме теоретического имеет практическое значение. Используя это уравнение, с помощью магнитных измерений можно осуществить экспресс-анализ ЖГО на содержание в них углерода.
40
30
20
10
*
V N.
ч
•
\
10 20
30
40 50
С, % мае
Рис. 1 - Зависимость удельной намагниченности насыщения ЖГО, с%, от содержания в них углерода:
• - данные авторов;
* - данные работы [3]
1.5
1.3 1.1 0,9 0.7 0,5 0,3 0,1
> У* 1г
\ /<2
\ / полидисперсныи состав
\ /
л /
\/ /
=•-
50
100
150
200
250 фракция, мкм
1,5 1,3 1.1 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1
По своему составу пылевидные ЖГО полидисперсны. В литературе [4] имеются данные о гранулометрическом составе ЖГО миксерного отделения. Показано, что основные элементы и составляющие ЖГО распределены по фракциям неравномерно. В связи с этим закономерным оказалось наблюдение изменения магнитных свойств ЖГО в зависимости от размера их частиц.
На рис. 2 по опытным данным построена кривая зависимости удельной намагниченности насыщения от размера частиц ЖГО. По оси абсцисс отложены средние значения величин по фракциям: 63+50; 100+63; 160+100; 200+160 и 315+200 мкм, а по оси ординат - относительная удельная намагниченность насыщения. Из рисунка видно, что с увеличением размера частиц порошка величина уменьшается (кривая 1). Это связано с изменением химического состава ЖГО, а именно, с увеличением содержания углерода (кривая 2).
Обнаруженная закономерность указывает на способ управления магнитными свойствами ЖГО: проведение их рассева и выделение фракций определенного размера с заданным уровнем0^-Мощным средством воздействия на уровень магнитных свойств ЖГО является их термическая обработка - магнетизирующий обжиг. Так как исходный материал содержит все оксиды железа (см. табл.), то для переработки этого материала необходимо проведение окислительно-восстановительных процессов, которые идут при избытке углерода и описываются диаграммой равновесия « Ге-0-С » [5]. В результате их осуществления протекают следующие реакции:
Рис. 2 - Зависимость удельной намагниченности насыщения ЖГО (кривая 1) и содержания углерода в них (кривая 2) от дисперсности.
Таблица - Химический состав пыли миксерного отделения
Технологическая Скачивание шлака Заливка чугуна в Слив чугуна из
операция миксер миксера
Рвобщ 34,2-40,0 59,3 62,4-63,6
FeO 17,0-17,9 6,8-8,4 6,96-7,6
FeM6T 6,8 нет нет
Fe203 27,6-30,0 ' 75,2-77,6 82,0
Si02 3,9-4,48 1,42-1,46 1,35
CaO 2,82-3,54 1,81-1,98 1,21-1,47
MgO 0,34-0,72 0,78-1,03 0,78-1,32
MnO 0,32-0,58 0,47 0,47
ai2o3 0,6-0,9 0,49 0,33
P2O5 0,017-0,088 0,038-0,075 0,044-0,12
s 0,194-0,230 0,038-0,075 0,044-0,12
с 31,4-44,5 9,55-10,75 4,7-5,06
а) окисление остатков металлического железа до вюстита; о) окисление вюстита до магнетита; в) восстановление гематита до магнетита.
Как показали исследования [3], наиболее эффективно магнетизирующий обжиг протекает при 650 °С. Это объясняется тем, что, в соответствии с диаграммой «Fe-0-С», температура 650 °С является предельной, выше которой термодинамически более вероятной оксидной фазой будет вюстит, а не магнетит. При этой температуре система достигает максимум^примерно за 20 мин, а величинаувеличивается в 2,5 - 3,0 раза по сравнению с исходной.
Выводы
1. Найдено, что с уменьшением содержания углерода в ЖГО величина их удельной намагниченности насыщения увеличивается по линейному закону:0^=53,0 - 0,76 С.
2. Обнаружено, что всличина°^ЖГО зависит от их дисперсности: с уменьшением размера частиц as увеличивается.
3. Показано, что магнетизирующий обжиг ЖГ^З при 650 °С позволяет увеличитьв 2,5 -3,0 раза по сравнению с исходным значением.
Перечень ссылок
1. Шумилин В. С. Синтетический чугун. - Киев: Наукова думка, 1971,- 240 с.
2. Тулъчинский JI.H. Особенности магнитных измерений порошков // Порошковые магнитные
материалы / ИПМ АН УССР. - К., 1984. - С. 117 - 127.
3. Маслов В.А., Мирошникова Е.М. Влияние магнетизирующего обжига на свойства магнитного графита // Порошковые магнитные материалы / ИПМ АН УССР. - К., 1990. -С. 10-14.
4. Южаков Б.А., Маслов В.А. Исследование физико-химических и технологических свойств
дисперсных железографитовых отходов ОАО "Азовсталь" // Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. науч.тр,- Мариуполь, 1998. - Вып. №6 .- С.30-34.
5. Есин O.A., Гелъд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. В 2-х ч,-Свердловск: Металлургиздат, 1962,- 671 с. - 4.1.
Маслов Владимир Александрович. Д-р техн. наук, проф. кафедры теплофизики и
теплоэнергетики металлургического производства, окончил Ждановский металлургический институт в. 1970 году, основные направления научных исследований - исследование и разработка технологий по переработке ЖГО металлургического производства. Трофимова Лариса Алексеевна. Ассистент кафедры литейного производства черных и цветных металлов, окончила Ждановский металлургический институт в 1984 году. Основные направления научных исследований - разработка технологии магнетизирующего обжига в плотном движущемся слое.
