Как правиле, увеличение скорости процесса восстановления образца отрицательно сказывается на его горячей прочности, поскольку напряжения не» успевают релаксировать и реализуются в виде трещин и других нарушений структуры образцов. А поскольку на первом этапе восстановления скорость процесса зависит от площади контакта газа- восстановителя с твердым оксидом, основным фактором, влияющим на поведение железорудных материалов при восстановлении, является их структура. Чем выше удельная поверхность пор, тем более вероятно протекание восстановления во всем объеме окатышей и выше скорость восстановления, тем ниже прочность и выше разрушаемость окатышей. По Данным ЮсфинаЮ. С. и Трофимова В. П., для окатышей различного состава, изготовленных из Лебединского концентрата, прочность при восстановлении (водородом при 800 0C) зависит от скорости восстановления следующим образом:
Pr « P0exp(-fcR), (234)
ГДе Pr – горячая прочность окатышей, Н/окатыш; R – скорость восстановления по кислороду, %/мин; P0- прочность °катыщей, нагретых в нейтральной атмосфере до температуры Установления (величина, близкая к холодной прочности окатышей), Н/окатыш; к — коэффициент, зависящий от соста. ва окатышей.
В связи с вышеизложенным все мероприятия, обеспечиваю, щие получение окатышей с более плотной структурой, приво. дят к росту горячей прочности окатышей.
Значительное влияние на поведение окатышей при восстановлении оказывает количество расплава, источником которого служит пустая порода железорудного материала. Между тем, как было указано ранее, для металлизации желательно использовать железорудные материалы с минимальным содержанием пустой породы. Такие материалы дают при окислительном обжиге очень мало расплава. Так, если предположить образование в качестве источника расплава силиката железа
2Fe30< + 3Si02 = 3Fe2Si04 + O2 (235)
С учетом молярных масс кремнезема (60) и фаялита (204), из единицы кремнезема может образоваться 204:60 = 3,4 единицы расплава. Практика показала, что для получения прочных при восстановлении образцов следует иметь в структуре »10—12 % связки. Из приведенной реакции видно, что при наличии в железорудном материале 2—3% SiO2 (с общим содержанием пустой породы 4—5 %), даже если все они перейдут в связку, указанного количества связки не получается, и окатыши будут иметь пониженную горячую прочность. В связи с этим в Швеции, на фабрике Кируна, при производстве окатышей для доменного производства из богатого концентрата вынуждены были повысить содержание кремнезема с 1,0 до 4,3 % (пустой породы с 2,3 до 7,5 %) и тем самым поднять горячую прочность окатышей.
В этих условиях фактором, существенно повышающим горячую прочность окатышей, является офлюсование. Опыты, проведенные в МИСиС, показали, что офлюсованные окатыши, изготовленные из богатых концентратов, имеют более высокую горячую прочность, чем неофлюсованные, что существенно повышает эффективность процесса металлизации, а оптимальная основность зависит от содержания пустой породы1 чем меньше пустой породы, тем выше основность окатышей.
Одним из перспективных направлений управления качеством окатышей является применение в шихте различных доба – 160 вок (сварочный шлак, известь, оплавикованный известняк, доломит, оливины, глиноземистые руды, нонтронитовые глины и ДР*)> способствующие образованию необходимого количества расплава с заданными физико-химическими свойствами.
Условия получения окатышей, одновременно обладающих высокими холодной и горячей прочностью и восстановимостыо, не совпадают, поэтому следует экспериментально выявить лучший режим получения окисленных материалов, обеспечивающий эффективность проведения процесса металлизации.
До настоящего времени нет стандартных методов оценки металлургических свойств материалов, используемых для металлизации. Однако несколько методов, разработанных для оценки доменных шихтовых материалов, модифицированы к применяются для испытаний железорудного сырья, перерабатываемого на установках металлизации. Ряд методов был специально разработан для определения металлургических свойств железорудного сырья, предназначенного для конкретных процессов производства губчатого железа. Как правило, используемые методы испытаний предусматривают исследование образцов в условиях, имитирующих условия в различных зонах шахтной печи, и включают испытания на стойкость материалов при 500—600 0C (низкотемпературная прочность), восстановимость, склонность к разрушению, разбуханию, спекообразованию при температурах до 750-1000 °С. В табл. 10 приведены характеристики методов испытаний, применяемых для определения склонности исходных материалов к низкотемпературному разрушению.