Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 13
1.1 Краткий сравнительный анализ технологий прямого получения железа с использованием твёрдого топлива 14
1.2 Технология прямого получения железа на базе процесса ГГткЗ 19
1.3 Особенности гематитового железорудного сырья и его переработки 23
1.4 Связующие добавки, используемые для получения окатышей 24
1.5 Закономерности восстановления гематита 27
1.6 Выводы и постановка задач исследования 32
2 Исследование закономерностей окомкования шихт на основе гематитового концентрата 35
2.1 Изучение влияния удельной поверхности концентрата на прочность сырых окатышей 36
2.2 Изучение влияния упрочняющих добавок разного вида на свойства сырых окатышей 44
2.3 Исследование свойств сырых окатышей с энергетическим углём 54
2.4 Выводы 56
3 Особенности сушки и упрочнения рудоугольных окатышей из гематитового концентрата 58
3.1 Анализ факторов, определяющих продолжительность сушки окатышей 59
3.2 Закономерности формирования прочностных свойств сухих окатышей 67
3.3 Изучение свойств сухих окатышей, изготовленных с углём 73
3.4 Выводы 76
4 Влияние твердого топлива на формирование реакционных поверхностей при восстановлении рудоугольных окатышей 78
4.1 Развитие реакционных поверхностей при восстановлении окатышей без твердого топлива 78
4.2 Развитие реакционных поверхностей при восстановлении рудоугольных окатышей 82
4.3 Выводы 90
5 Исследование закономерностей получения чугунных гранул в лабораторных условиях 92
5.1 Методика и условия проведения исследований 92
5.2 Влияние температуры на формирование чугунных гранул 94
5.3 Влияние угольной подушки на формирование чугунных гранул 99
5.4 Влияние времени выдержки на формирование чугунных гранул 102
5.5 Химический состав чугунных гранул 109
5.6 Выводы 111
6 Заключение 113
Список литературы 115
- Технология прямого получения железа на базе процесса ГГткЗ
- Анализ факторов, определяющих продолжительность сушки окатышей
- Развитие реакционных поверхностей при восстановлении рудоугольных окатышей
- Влияние времени выдержки на формирование чугунных гранул
Введение к работе
Актуальность работы. Несмотря на высокую производительность и степень освоенности доменной печи, а также возможности переработки практически любого вида железорудного сырья с использованием кокса, всё больший интерес проявляется к процессам бескоксовой металлургии.
Одним из перспективных процессов является технология ITmk3 (Ironmaking Technology Mark Three), разработанная для производства чугуна без применения кокса в печах с вращающимся подом. ITmk3 характеризуется высокими показателями качества конечного продукта (чугунные гранулы), малыми выбросами загрязняющих веществ и небольшими удельными капитальными затратами, а также возможностью производства чугуна в условиях горно-обогатительных комбинатов.
Исследования зарубежных ученых по переработке железорудного сырья в процессе ITmk3 (B.Anameric, S.K.Kawatra и др.) ориентированы в основном на переработку магнетитовых руд, являющихся также исходным сырьём для получения чугунных гранул на заводе в штате Минессота, США. Но в настоящее время наблюдается тенденция истощения месторождений магнетитовых руд и удорожания их переработки, в результате чего возникает весьма актуальная задача поиска и вовлечения в промышленное производство альтернативных железорудных материалов, в качестве которых могут быть использованы гематитовые руды. Мировые запасы гематитовых руд оценивают величиной 100 млрд. т., при этом их основное количество приходится на страны, у которых отсутствует природный газ, но имеются запасы углей, например, Украина, Индия, Бразилия и т.д.. Однако, в силу значительного отличия минералогического состава и свойств гематитовых руд от традиционных магнетитовых материалов, использование их для переработки в процессе ITmk3 требует разработки новых технологических режимов. Последнее обуславливает актуальность исследования особенностей процесса окомкования и сушки гематитовых руд с целью получения качественных чугунных гранул.
Целью диссертационной работы является разработка технологии производства рудоугольных гематитовых окатышей для использования в процессе ITmk3 на основе изучения процессов окомкования, сушки и восстановления.
Для достижения поставленной цели выделены следующие задачи:
-
Определить условия окомкования гематитовой руды, позволяющие получать окатыши с высокими прочностными свойствами.
-
Установить тип и количество связующих добавок, обеспечивающих необходимые механические свойства сырых и сухих окатышей для использования в технологии ITmk3.
-
Определить оптимальные условия сушки гематитовых окатышей и исследовать закономерности их упрочнения в процессе сушки.
-
Определить условия, влияющие на формирование чугунных гранул при восстановительно-тепловой обработке рудоугольных гематитовых окатышей.
-
Исследовать влияние твёрдого восстановителя на формирование реакционных поверхностей при восстановительно-тепловой обработке рудоугольных окатышей на основе гематитового концентрата.
Объект исследования – технология ITmk3 с использованием гематитовой руды в качестве исходного сырья.
Предмет исследования – процессы окомкования, сушки и восстановления гематитовых окатышей с твёрдым топливом.
Методы исследования. Исследования процессов окомкования, сушки и восстановления гематитовых окатышей с твёрдым топливом выполнены в лабораторных условиях. Измерения технологических параметров осуществляли стандартными приборами, прошедшими государственную поверку по стандартным методикам, что определило достоверность полученных результатов.
При обработке экспериментальных данных использован расчетно-теоретический анализ, основу которого составили положения теории тепло- и массообмена, теории металлургических процессов и методы математической статистики.
Научная новизна результатов работы.
-
Выявлены закономерности окомкования гематитового концентрата с различной удельной поверхностью. Определены значения этого параметра, обеспечивающие получение требуемой технологией ITmk3 показателей прочности сырых окатышей.
-
Проведена систематизация роли количества и типа связующих добавок в формировании прочностных свойств окатышей. Выявлено, что оптимальным связующим является мука в количестве 5 %, что обеспечивает необходимые качественные показатели окатышей, загружаемые в печь с вращающимся подом.
-
На основе анализа результатов исследований процессов сушки окатышей из гематитового концентрата с твёрдым топливом сформулированы основные технологические принципы – тип связующего и параметры сушильного агента.
-
Впервые разработаны и сформулированы модельные представления о закономерностях развития реакционных поверхностей при восстановлении рудоугольного окатыша гематитового состава до магнетита. При этом положено, что реакционные поверхности образуются не только за счёт релаксации возникающих напряжений, сопровождающих фазовый переход Fe2O3 Fe3O4, но и вследствие выгорания твёрдого топлива и связующего вещества.
-
Установлены факторы, определяющие закономерности формирования чугунных гранул при восстановлении гематитовых окатышей. Выявлено, что основными факторами являются температура и количество угольной подушки. При этом продолжительность восстановительно-тепловой обработки гематитовых окатышей зависит от типа твёрдого восстановителя.
Практическая значимость работы.
-
Показана и подтверждена возможность получения рудоугольных гематитовых окатышей для последующего получения из них чугунных гранул в процессе ITmk3.
-
Разработаны технологические условия для производства рудоугольных окатышей из гематитового концентрата, предназначенные для использования в процессе ITmk3.
-
Установлены факторы, влияющие на формирование чугунных гранул, их качество и гранулометрический состав.
Личный вклад автора. Личный вклад автора работы заключается в постановке цели и задач исследования, разработке его методологии, в личном участии при проведении лабораторных исследований, обработке экспериментальных, расчётных данных и их анализе.
Автор защищает:
-
Результаты лабораторных исследований процессов окомкования и сушки гематитовых окатышей с твёрдым топливом, предназначенных для процесса ITmk3.
-
Модельные представления о закономерностях развития реакционных поверхностей при восстановлении рудоугольных гематитовых окатышей.
-
Технологические основы, обеспечивающие получение качественных чугунных гранул при восстановлении рудоугольных окатышей из гематитового концентрата.
Реализация результатов. Результаты исследования использованы в разработке перспективных программ развития производства металлургического сырья Объединенной металлургической компании (ОМК).
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях «Творческое наследие Б.И.Китаева», УГТУ-УПИ (г.Екатеринбург, 2009 г.) и «Теория и практика тепловых процессов в металлургии», УрФУ им. первого Президента России (г.Екатеринбург, 2012 г.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 11 научных статьях, из них 3 опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 122 страницах машинописного текста и содержит 26 таблиц, 40 рисунков и список использованной литературы, включающий 86 наименований.
Технология прямого получения железа на базе процесса ГГткЗ
Железорудный концентрат, восстановитель и добавки подают в смеситель, после которого перемешенная и усредненная шихта поступает на участок окомкования для производства окатышей размером 14 - 19 мм. После операции окомкования, с целью усреднения окатышей по гранулометрическому составу их направляют на грохочение, некондиционные окатыши класса - 14мм и + 19 мм возвращают обратно на участок окомкования, а кондиционные размером 14 -19 мм подают в тепловой агрегат для удаления влаги. Температура в рабочем пространстве сушилок не превышает 500 С, а процесс сушки занимает не более 30 минут. Теплоносителям является воздух, подогретый в рекуператоре отходящими газами кольцевой печи с вращающимся подом. Сухие окатыши поступают на участок грохочения, после которого годные по размеру окатыши загружают слоем в один окатыш в печь (рис. 1.1) [16].
Печь представляет собой плоский кольцеобразный под, вращающийся BHVTDH высокотемпепатупного пабочего ппостпянствя Печь пячгтепеня ня технологические зоны нагрева, восстановления, плавления и охлаждения. Окатыши находятся на поду только в течение одного оборота пода. Время тепловой обработки может составлять 6-15 минут в зависимости от качества исходного железорудного сырья и реакционной способности твердого топлива. Чугунные гранулы и шлак выгружают из печи и направляют в охладитель, после которого в магнитном сепараторе осуществляют разделение металлического продукта и гранулированного шлака [17].
Загрузка шихты и выгрузка конечного продукта происходит непрерывно.
Так как реакции восстановления оксидов железа углеродом являются эндотермическими, то печь дополнительно отапливают природным газом, который сжигают в горелках.
При этом большая часть тепла, необходимого для поддержания процесса, образуется при сжигании летучих, содержащихся в угле, которые высвобождаются при нагревании восстановителя. Кроме того, в результате реакции прямого восстановления оксидов железа углеродом образуется СО при сжигании которого также образуется тепло. Атмосфера в печи восстановительная. Тепло отходящих газов используют для подогрева воздуха, подаваемого на горение, и в качестве теплоносителя для сушки окатышей. После системы очистки газы сбрасывают в атмосферу через дымовую трубу, а уловленную пыль возвращают в производственный цикл [17, 18].
В процессе ІТткЗ основным сырьём для производства чугунных гранул может быть железорудный концентрат, низкосортная руда, как, например, мелочь с обогатительных фабрик. Восстановителем может быть уголь, нефтяной кокс, колошниковая пыль и т.д. [17, 18].
Лабораторные исследования и промышленное производство по получению чугунных гранул показали, что для интенсификации процессов восстановления оксидов железа твёрдым углеродом, желательно иметь содержание железа в железорудных материалах 56-60%, количество Si02 5-6%, касательно восстановителя - углерода 50%, летучих веществ 45 % [17]. Кроме того, для увеличения контакта между частицами шихты необходимо чтобы их размер находился на уровне 1-2 мм [18,19].
При высоком содержании твердого восстановителя прочность окатышей очень низкая, поэтому для повышения их прочности добавляют упрочняющие добавки.
В процессе ІТткЗ к сырым и сухим окатышам предъявляют более жесткие требования, чем к доменным окатышам или окатышам для металлизации. Высокие требования обусловлены не только сохранением целостности окатышей при транспортировке или их загрузке в ПВП, но и обеспечением необходимости протекания процессов внутри окатышей при их восстановлении.
Требования, предъявляемые к сырым и сухим окатышам, приведены в таблице 1.3.
Рудоугольные окатыши восстанавливают по определенному технологическому режиму. На рисунке 1.2 приведен механизм образования чугунных гранул.
Загруженные окатыши поступают в зону нагрева, в которой осуществляется их прогрев для обеспечения интенсивного протекания физико-химических процессов. Также происходит термическое разложение угля, обеспечивающее дополнительной энергией и веществами для восстановления и науглероживания железа. Окатыши сохраняют первоначальную форму, температура в зоне 1200 - 1250 С, продолжительность нагрева составляет 3-4 минуты [19-21].
В следующей зоне, зоне восстановления, восстановление окатышей начинается с периферии, образуемое металлическое железо в периферийной части окатыша соединяется, образуя металлическую оболочку. При этом температура окатыша продолжает увеличиваться. Оксиды железа под металлической оболочкой быстро восстанавливаются за счет углеродсодержащегося восстановителя, находящегося под этой оболочкой, и СО, образующегося в ходе реакции между восстановителем и С02. Образованное металлическое железо притягивается к внутренней поверхности оболочки, которая таким образим, утолщаеіся. Также происходит нагрев примесей и золы, их размягчение и постепенное образование шлака, собирающегося на дне пустотелой металлической оболочки.
Так как твердый восстановитель содержится в окатыше, то внутри металлической оболочки образуется восстановительная атмосфера, поэтому металлическое железо науглероживается и, соответственно, постепенно снижается его точка плавления. Температура в зоне восстановления составляет 1250-1350 С.
После завершения восстановления, при этом температура в печи повышается до 1350 - 1400 С, происходит нарушение металлической оболочки и образуются капли расплавленного железа и шлака, которые коагулируются в отдельные гранулы из-за разности теплофизических характеристик (плотность, вязкость, теплопроводность). Охлажденные гранулы железа и шлака выгружают из печи с помощью водоохлаждаемого шнека [22, 23].
Анализ факторов, определяющих продолжительность сушки окатышей
В данном разделе проведен анализ результатов исследований некоторых кинетических закономерностей сушки, в частности, оценено влияние температуры теплоносителя, скорости сушки и связующей добавки на продолжительность процесса удаления влаги.
Влияние содержания упрочняющей добавки на продолжительность сушки окатышей определяли путем анализа результатов проведенных опытов (табл. 3.1). Состав шихт, представленный в таблице 3.1, соответствует результатам исследований, описанным в главе 2.
При проведении исследований влияния температуры теплоносителя на продолжительность сушки окатышей и их прочность, её значения составляли 150, 200 и 250 С.
Описание установки и методика проведения измерения
Экспериментальная установка состоит из камеры сушки, оборудованной весами, вентилятора, ротаметра, измеряющего расход воздуха, электрического нагревателя, прибора для измерения температуры и персонального компьютера (рис. 3.1).
Камера сушки (10) представляет собой горизонтальную трубу с продольной щелью для ввода образца (11) в поток теплоносителя. Весовое устройство (8) является датчиком измерения веса навески с образцами и соединено с персональным компьютером (далее ПК) посредством кабеля. ПК (7) предназначен для отображения и фиксации изменения веса во времени (график) с последующей архивацией получаемых данных.
Температуру в камере измеряли с помощью микропроцессорного измерителя типа ТРМ 12 (9), в качестве датчика использовали термоэлектрический преобразователь типа ХК (6).
Электрический нагреватель представляет собой стальную трубу с изолированным от корпуса нагревательным элементом (4), нагрев которого регулируется за счет напряжения, устанавливаемого с помощью трансформатора (2).
Вентилятор (72) предназначен для нагнетания атмосферного воздуха, служащего тепловым агентом. Воздух, проходя через корпус нагревательного элемента, нагревается и поступает в камеру сушки. Количество воздуха для процесса сушки измеряют ротаметром (7), а регулирование его температуры осуществляют с помощью выпрямительного вентиля, расположенного на трансформаторе (2).
Сушку окатышей проводили в следующем порядке. После включения всех приборов, в камере сушки устанавливали заданный расход воздуха и температуру теплоносителя с помощью вентиля на трансформаторе. При достижении требуемой температуры теплоносителя, в рабочую камеру вводили корзинку с окатышами и подвешивали к весам. На мониторе компьютера, с помощью специальной программы, разработанной ООО «НПВП ТОРЭКС» строился график изменения веса окатышей во времени (рис. 3.2).
Завершением опыта считали при отображении на мониторе прямой горизонтальной линии в течение 3-5 минут, свидетельствующей об отсутствии изменения массы образца (рис 3.3). Полученные данные сохраняли в формате MS Excel.
Скорость теплоносителя в опытах была постоянной и составляла 1,5 м/с.
Анализ полученных данных во всех опытах свидетельствует, что механизм процесса сушки гематитовых окатышей, содержащих большое количество твердого топлива и разного вида связующих веществ, не противоречит существующим теоретическим данным для одиночного окатыша (рис 3.4) [78-80].
Развитие реакционных поверхностей при восстановлении рудоугольных окатышей
В отличии от расчетов, изложенных в разделе 4.1, в данном разделе приведены модельные представления о закономерностях развития реакционных поверхностей не только в результате фазовых изменений при переходе е2Оз — Рез04, но и за счет выгорания твердого топлива и связующего вещества.
Аналогично расчету, представленному в разделе 4.2.1, определено количество магнетита и скорость восстановления до магнетита для окатышей с углём и мукой, в количестве 3 и 5 %. Результаты расчетов приведены на рисунке 4.3.
Анализ рисунка 4.3 показывает, что скорость восстановления окатышей с углем на первых этапах выше по сравнению с окатышами с коксиком, что, по-видимому, связано с высокой пористостью окатышей с углем (гл. 2). Однако, на следующих этапах восстановления окатыши с коксиком восстанавливаются быстрее (кривые 2, 4).
Также можно предположить, что высокая скорость окатышей с коксиком связана с его более высокой реакционной способностью, по сравнению с углём.
При этом для обоих типов окатышей характерно, что скорость восстановления повышается с увеличением количества связующего материала, о чем свидетельствуют кривые 1 и 3. Также из рисунка 4.3 следует, что у окатышей наблюдается автокаталитический характер восстановления.
Таким образом, более высокой скоростью восстановления характеризуются окатыши с коксиком, используемого в качестве твердого восстановителя.
Исходные данные, представленные в таблице 4.3, характеризуют окатыши с мукой в количестве 3 % и коксиком 20 %.
При известном значении количества компонентов в шихте и общей пористости окатышей можно определить долю каждого из компонентов при формировании общей пористости.
В соответствии с формулами (1.3) и (1.4) определяем поверхность пор, формируемую только гематитовыми зернами и поверхность кристаллов. Далее с помощью формул (1.1) и (1.2) находим вероятность закрепления граней и количество магнетита на первом этапе восстановления.
На следующей стадии восстановления кроме свободных пор, образуемых зернами гематита, также выгорает—связующее и образуются трещины в результате перехода Fe203— Fe304. Соответственно по известным формулам (1.3) и (4.1) определяем поверхность пор, образуемую при выгорании связующего и поверхность трещин. При этом, при определении SCB связ полагаем, что поры являются цилиндрическими каналами диаметром равным размеру зерна связующего материала.
Таким образом, площадь реакционной поверхности на втором этапе восстановления с учетом образованного магнетита:
5cB=5CB+SCBCM3 +Sip.(l- )- - (4.5) Релаксацию напряжений на данном этапе и количество магнетита определяем также по формулам (1.4) и (4.3), соответственно.
При определении свободной поверхности в окатыше на третьем этапе восстановления, необходимо учитывать, не только, что свободная поверхность матрицы увеличилась на величину STP2 и уменьшилась на —, но и поверхность d пор, образуемую при выгорании твердого топлива (SaTimoccr). Полагая поры цилиндрическими каналами диаметром равным размеру зерна, можно с помощью формулы (1.3) определить SCBTTbB0CCT. Тогда величина свободной поверхности на третьем этапе восстановления будет включать:
При этом считаем, что величина внутренних предельных напряжений не меняется в процессе восстановления и прочность всех контактов одинакова. Соответственно после определения величины вероятности закрепления граней, находим количество магнетита.
Общее количество шагов, при котором восстановление до магнетита завершено, т.е. г?, =1, определено с помощью ПК в программе MS Excel.
Определение реакционных поверхностей и количества магнетита выполнено аналогично для всех типов окатышей с разными видами связующих (ПМС, ИПС, ПНС). Результаты расчетов приведены в таблице 4.3 и на рисунке Количество шагов в таблице 4.3 соответствует количеству этапов восстановления. Необходимо отметить, что с целью определения влияния связующего на скорость восстановления, использованы также окатыши с бентонитом, ПНС, ИПС и ПМС связующими, несмотря на то, что они не удовлетворяют требованиям технологии ІТткЗ по показателям прочности на сжатие и пластичности.
Анализ данных таблицы показывает, что чем меньше пористость окатышей (гл. 2, раздел 2.2.4), тем больше релаксаций напряжений возникает в процессе восстановления (окатыши с ПМС добавкой).
На рисунке 4.2 приведена зависимость скорости восстановления от доли восстановленного магнетита для всех окатышей, в том числе и не содержащих твердое топливо. При этом принято, что скорость восстановления (zn) пропорциональна свободной поверхности.
Анализ рисунка 4.2 показывает, что на скорость восстановления при фиксированном размере зерна всех компонентов, входящих в состав окатышей, влияет пористость, как исходная, так и формируемая в процессе восстановления. Так на первых этапах восстановления наблюдается автокатализ, за счет увеличения пористости при образовании трещин, выгорания твердого топлива и компонентов связующего материала. На следующих этапах восстановления скорость восстановления снижается из-за уменьшения общей доли оставшегося гематита в окатышах. Также можно предположить, что снижение средней скорости восстановления с повышением температуры исследуемых образцов происходит за счет убывания реакционной поверхности, так как напряжения реализуются не трещинообразованием, а путем пластической деформации.
Однако кроме влияния выгорающего твердого топлива, способствующего росту скорости восстановления за счет увеличения общей пористости образцов и соответственно образованию дополнительных реакционных поверхностей, также оказывает влияние тип связующей добавки, о чем свидетельствует характер кривых 1-7 [78].
В главе 2 установлено влияние связующего вещества на пористость окатышей, что и является причиной изменения скорости восстановления окатышей с разными типами упрочняющих добавок. Таким образом, окатыши с мукой в количестве 5 % (кривая 1), характеризуются самой высокой исходной пористостью (0,34 доли) из всех исследуемых образцов и поэтому имеют высокую скорость восстановления. Низкая скорость восстановления окатышей с ПМС добавками (кривая 7) обусловлена самой низкой пористостью (0,26 доли) из всех исследуемых образцов с добавками. Однако данные окатыши восстанавливаются быстрее, о чем свидетельствует анализ кривых 7 и 8 (без твердого топлива). Окатыши с мукой 3 и 5 %, а также с ПНС 0,8 % имеют пористость 0,3 доли.
Тип связующей добавки, кроме влияния на формирование поровой структуры окатышей, также оказывает воздействие на скорость восстановления посредством времени его выгорания.
Согласно практическим данным, выгорание органических связующих происходит при температуре 200 - 400 С. Образование дополнительных реакционных поверхностей в результате выгорания связующего способствует более высокой скорости восстановления, о чем свидетельствуют кривые 1 и 3. При этом необходимо отметить, что содержание муки в окатышах наиболее высокое, как по объемному, так и по массовому содержанию. Таким образом, кроме природы связующего вещества, на скорость восстановления также влияет его количество в окатышах.
Так, определено, что окатыши с мукой, имеющие высокие прочностные показателя, и удовлетворяющие требованиям технологии ГГткЗ, также характеризуются более высокой скоростью восстановления за счет образования дополнительных реакционных поверхностей (увеличение общей пористости) при выгорании твердого топлива и связующего материала. Кроме того, на скорость восстановления окатышей влияет количество связующего вещества и его природа, а именно, скорость восстановления окатышей, содержащих муку и твердое топливо в 1,3-1,5 раза выше, чем без твердого топлива.
Влияние времени выдержки на формирование чугунных гранул
Общее время на нагрев и восстановление гематитовых окатышей в исследованиях составило 10 минут. Представляет интерес определить оптимальное время выдержки, предназначенное для процессов плавления, коагуляции и разделения металла и шлака, и соответственно их завершения.
С целью определения оптимальной продолжительности времени выдержки, т.е. достаточной для формирования чугунных гранул и разделения металла и шлака, выполнены опыты с разной продолжительностью выдержки: 3, 5, 10 минут, а для окатышей с углем: 5, 10 и 15 минут.
Состав окатышей и условия их восстановления приведены в таблице 5.3. Результаты опытов, после рассева и разделения магнитной и немагнитной составляющих, приведены на рисунках 5.12-5.16.
Анализ данных, представленных на рисунке 5.12 показывает, что увеличение продолжительности выдержки способствует увеличению количества чугунных гранул размером 7 мм и снижению мелкой металлической фракции. При этом необходимо отметить, что с увеличением продолжительности выдержки повышена температура в печи, которая также влияет на формирование чугунных гранул и соответственно способствует их укрупнению.
При времени выдержки 3 и 5 минут количество металлических частиц размером 3 мм незначительно отличается. Однако при размерах чугунных гранул 7-10 мм их большее количество при времени выдержки 5 минут, а при размере 10 мм при 3 минутах. Можно предположить, что данное обстоятельство обусловлено формированием металлической гранулы из металла двух соседних окатышей вследствие их близкого расположения.
Увеличение продолжительности выдержки при восстановлении окатышей с 5 % муки способствует увеличению количества гранул размером 7 мм, при этом необходимо отметить, что при выдержки в течении 10 минут температура в печи также повышена до 1450 С (рис. 5.13).
На рисунке 5.14 (а, б) представлены сравнительные графики окатышей с коксиком и с разным количеством связующего - муки (3 и 5 %). Из анализа данных рисунка 5.14 (а, б) следует, что увеличение связующего до 5 % способствует укрупнению чугунных гранул и снижению содержания мелкой металлической фракции, но при 3-х минутах выдержки проявляется не так значительно, как при 10 минутах. Также необходимо отметить, что и температура в последнем случае достигала 1450 С, в то время как при 3 минутах выдержки - 1350 С. Можно предположить, что при повышении температуры до 1450 С и времени выдержки - 3 минуты размеры чугунных гранул будут больше, а содержание мелкой металлической фракции уменьшится, для обоих типов окатышей.
На рисунке 5.15 (а, б) представлены результаты восстановления окатышей с углем и содержанием муки 3 и 5 %, соответственно. Необходимо отметить, что во всех опытах для окатышей с углем температура в печи составляла до начала времени выдержки 1400 С, при окончании времени выдержки - 1450 С.
Анализ данных рисунка 5.15 показал, что независимо от количества связующего материала, увеличение продолжительности выдержки способствует росту размеров чугунных гранул. При проведении опытов визуальный анализ показал, что увеличение времени с 5 до 10 минут не способствует значительному укрупнению чугунных гранул, поэтому принято решение об увеличении продолжительности выдержки до 15 минут. При этом при выдержке продолжительностью 15 минут мелкая металлическая часть хоть и присутствует, но при уменьшении продолжительности времени выдержки до 5 минут её содержание значительно увеличивается. Таким образом, можно сделать вывод, что с целью уменьшения количества мелкой металлической фракции ( 3 мм) и продолжительности всего процесса тепловой обработки, выдержки продолжительностью 10 минут достаточно, чтобы получить чугунные гранулы из окатышей с углем, но температура выдержки не должна быть ниже 1400 С.
На рисунке 5.16 проиллюстрировано влияние продолжительности выдержки на гранулометрический состав чугунных гранул с учетом количества связующего в окатышах с углем.
На основании анализа данных рисунка 5.16, можно сделать вывод, что увеличение содержания связующего в шихте незначительно влияет на формирование чугунных гранул, поэтому содержание связующего в количестве 3 % достаточно, чтобы получить чугунные гранулы при тепловой обработке окатышей.
Интересным представляется сравнение при одинаковых условиях восстановления формирование чугунных гранул в зависимости от типа твердого восстановителя (рис. 5.17). Сравнительный анализ окатышей с разным типом твердого восстановителя независимо от продолжительности выдержки показал, что более крупные чугунные гранулы и с меньшим количеством мелкой металлической фракции, образуются при восстановлении окатышей с коксиком, что связано с его более высокой реакционной способностью (см. подраздел 5.2).
Таким образом, можно сделать вывод, что увеличение продолжительности выдержки способствует формированию чугунных гранул, но продолжительность можно сократить за счет повышения температуры в печи. Кроме того, установлено, что продолжительность выдержки не одинакова для окатышей с разным типом твердого восстановителя, что обусловлено различной реакционной способностью последнего.
