Поведение при восстановлении. Производительность восстановительного агрегата, в частности шахтной печи, в значительной степени определяется восстановимостыо и поведением железорудных материалов при восстановлении. При выборе железорудных материалов для прямого восстановления необходимо учитывать, что некоторые виды из них обладают хорошей восстановимостыо до степени восстановления 60% и очень плохой в интервале 60-90 %. Такое различие в скоростях восстановления объясняют различием механизмов восстановления, действующих на начальной и конечной стадиях процесса. Если до степени восстановления 60 % процесс восстановления определяется химической реакцией и диффузией газа по порам, то при последующем восстановлении решающее влияние на Процесс оказывает диффузия в твердой фазе., в связи с чем восстановимость определяется уже не пористостью, а структурой и строением восстанавливаемой фазы.
Имеются материалы (отдельные плотные кусковые руды), которые невозможно восстановить на 90 % при обычных температурах восстановления и любой продолжительности процесса. Такие материалы, вполне пригодные для использова – ния в доменных печах, совершенно не подходят для устано – в°к прямого восстановления. Поэтому при оценке материалов Для прямого восстановления важно знать время, необходимое Лля достижения максимально возможной степени восстановле – Ния> или какой степени восстановления можно достичь за определенный промежуток времени.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к исходным железорудным материалам, является их высокая проч. ность при восстановлении (горячая прочность) и малое Со. держание мелких фракций (0-5 мм). Однако уже давно из – вестно, что при восстановлении все железорудные материалы теряют прочность, только одни в большей, другие в меньшей степени. Многочисленными исследованиями установлено, что заметное падение прочности железорудных материалов происходит начиная с 500 0C, с дальнейшим повышением температуры это явление сначала проявляется сильно, а затем (с 950—IOOO0C) слабее. Минимальная прочность соответствует степени восстановления 20-50 %, т. е. относится, главным образом, к области существования вюстита.
Потеря прочности материала, как правило, сопровождается увеличением его объема (разбуханием), оказывающим отрицательное влияние на газопроницаемость слоя. Катастрофическим считается увеличение объема более чем на 25—30 %. Однако отсутствие заметного разбухания не означает, что разупрочнения не происходит.
Железорудные материалы, полученные с образованием при их термообработке большого количества расплава, находящегося в их структуре в виде застывшей связки, как правило, имеют большую прочность при восстановлении. В связи с этим агломераты чаще всего имеют более высокую горячую прочность, чем руды и окатыши. Однако прямая связь между количеством расплава в окускованном материале и его прочностью при восстановлении отсутствует, так как кроме количества жидкой фазы на горячую прочность влияют ее физико-химические свойства (вязкость, смачивание твердой составляющей, поверхностное натяжение, состав), условия ее кристаллизации и др. На поведение материалов при восстановлении оказывает также состав газа. При восстановлении оксидом углерода при низких температурах железорудные материалы теряют свою прочность в большей мере, чем при восстановлении водородом.
Потеря прочности железорудных материалов в процессе восстановления происходит в основном по следующим причинам. При низкотемпературном восстановлении кристалло – химические превращения гематита в магнетит происходя1 через промежуточное соединение маггемит, появление которого (до 900 0C) экспериментально было подтверждено Ю. Б.Войтсковским и С. М.Крейниным, и сопровождается знако – 158 переменным изменением объема вследствие изменения типа кристаллической решетки. Возникающие напряжения приводят к образованию трещин и потере прочности (и даже разруше – нию) образца.
На стадии восстановления железа из вюстита в высокотемпературной области происходит образование волокон или игл металлического железа, нарушающих сплошность структуры и разрушающих образец. Но это явление наблюдается не всегда, и причины его выяснены недостаточно, но одной из них может служить внедрение ионов щелочных и щелочноземельных металлов в решетку оксидов железа, усиливающих анизотропию восстановления по различным кристаллографическим осям решетки оксидов железа.
Снижению прочности железорудных материалов при восстановлении может способствовать также отложение сажистого углерода, происходящее лишь в низкотемпературной области. В зависимости от условий может преобладать первый или второй механизм разупрочнения или сразу оба.