В связи с этим возникает проблема использования в качестве шихты для металлизации офлюсованных железорудных материалов. Присутствие в шихтовых материалах оксидов кальция и магния повышает их восстановимость и прочность при восстановительно-тепловой обработке, уменьшает разрушение при низких и склонность к слипанию при высоких температурах, улучшает условия науглероживания окатышей в процессе их металлизации. Требования к основности различаются в зависимости от свойств исходных железорудных материалов и типа процесса металлизации. Так, если для установок Мидрекс значение основности специально не оговаривается (обычно оно составляет 0,5—0,8), то для установок ХиЛ оно должно быть > 0,9. Для процесса металлизации в условиях Оскольского электрометаллургического комбината основность окатышей из богатого Лебединского концентрата рекомендуется & 1,0—1,2.
При определенных условиях может возникнуть целесообразность получения и применения легированных металлизованных окатышей. Идея добавки в шихту окатышей легирующих добавок представляется интересной, так как дает возможность более равномерно распределить эти добавки в массе стали, а иногда применять эти добавки в виде оксидов, которые подвергнутся восстановлению вместе с железом в восстановительном агрегате, что значительно снизит цену на эти легирующие добавки.
Учитывая тот факт, что в процессе восстановления вредные примеси практически из шихты не удаляются, следует восстанавливать железорудные материалы с минимальным содержанием вредных примесей (серы, фосфора, меди, мышьяка и др.). Верхний предел их содержания определяется маркой выплавляемой стали и типом сталеплавильного процесса, однако в любом случае содержание серы и фосфора не 152
Должно превышать 0,015-0,02 %. Серу в большей степени можно удалить при производстве окисленных окатышей из железорудного концентрата. Фосфор при окислительном обжиге не удаляется, поэтому для металлизации можно применять лишь руду с низким содержанием фосфора.
Наличие оксидов щелочно-земельных металлов (Na2O; K2O) . нежелательно (допускается до 0,02 %), так как они способствуют разбуханию и разрушению материалов в процессе восстановления и тем самым к ухудшению газопроницаемости столба шихты и показателей процесса металлизации.
Физические свойства. Эффективность процесса восстановления в движущемся слое в значительной степени зависит от высокой проницаемости столба шихты, способствующей хорошему контакту газовой и твердой фаз. Высокая газопроницаемость достигается при применении материалов с узким фракционным составом и высокой прочностью на сжатие и истирание. Требования к физическим свойствам железорудного сырья (прочности, фракционному составу, истираемости и др.) в значительной мере различаются в зависимости от специфики процесса металлизации, единые критерии оценки качества отсутствуют. Например, для процессов металлизации с использованием газообразных восстановителей (в шахтных печах, ретортах) крупность окатышей должна находиться в пределах 10—30 мм, содержание мелочи (< 5 мм) не должно превышать 5 %, механическая прочность в исходном состоянии— не ниже 2000Н/окатыш, доля окатышей фракции 9,5-16 мм должна составлять 85—95 %; доля фракции > 6,35 мм при испытании в барабане – не менее 95 %; додя фракции < 0,6 мм — не более 4 %. Как видно, требования к содержанию мелочи в шихте для шахтных печей металлизации железа жестче, чем для доменных, так как в первых отсутствует кокс, разрыхляющий шихту и служащий опорным каркасом столба шихты.
Для вращающихся печей, в которых слой восстанавливаемого материала невелик и его газопроницаемость не влияет значительно на скорость процесса и производительность Установки, требования к фракционному составу и прочности Железорудного сырья не являются такими жесткими, как для щахтных печей. Это расширяет возможность более широкого выбора сырья для металлизации во вращающихся печах. Известны примеры работы вращающихся печей не только на
153
Обожженных окатышах и кусковых рудах, но также на тонко – измельченных концентратах (Новая Зеландия) и сырых окаты – шах из пыли и шламов металлургического производства (Япония). Для аппаратов с кипящим слоем применяют обычно неокускованное сырье в виде железорудного концентрата определенного фракционного состава, обеспечивающего необходимые газодинамические условия процесса без значительного выноса мелкой фракции.
В процессах производства губчатого железа в агрегатах с использованием газообразного восстановителя в качестве железорудного сырья применяют как окатыши, так и кусковые руды, при этом доля окатышей на установках этого типа составила ~ 80 % (без учета установок с реакторами кипящего слоя). Предпочтение, которое отдается окатышам, несмотря на их высокую стоимость, объясняется такими преимуществами, как узкий фракционный состав и однородность формы, что облегчает контакт твердой и газовой фаз; меньшее количество мелочи, которую необходимо отделять и обрабатывать; большая однородность химического и минералогического состава; более низкое количество мелочи в восстановленном продукте. Свойства окатышей можно легко регулировать и приспособить к требованиям соответствующего процесса металлизации. Вместе с тем расширяется использование кусковых руд, добавка которых к окатышам предотвращает слипание шихты и позволяет повысить температуру восстановления на 100-150 0C и производительность шахтной печи. Физико-химические свойства некоторых видов хселезорудного сырья, опробованного в промышленных условиях приведено в табл. 9.