Структура и развитие металлургического производства
  6.2 Физические свойства железа прямого восстановления

Стальной лом и металлизованные материалы различаются в основном по следующим физическим свойствам: размеру кусков, кажущейся плотности, удельной поверхности (таблица 6.3). Производными от этих свойств являются различия в теплопроводности, прочности. Для характеристики железа прямого восстановления важное значение имеет такой показатель, как скорость окисления при нормальных и повышенных температурах, не являющаяся чисто физическим свойством, но в значительной мере зависящая от последних.

Размер кусков. Величина кусков металлизованных окатышей или руды, используемых при выплавке стали, лежит обычно в пределах 3 – 20 мм. Нижний предел ограничивается из соображений уменьшения выноса пыли при непрерывной загрузке, а также повышенного окисления при плавлении.

Максимальный размер кусков определяется, исходя из способа загрузки материалов в печь и допустимой крупности исходного сырья для агрегатов прямого восстановления.

При использовании металлизованных окатышей доля фракции 8 – 15 мм обычно составляет 86 – 93%. Некоторые сорта руд и окатышей склонны к растрескиванию при восстановлении, поэтому количество мелких фракций (3 – 8 мм) может возрастать до 30%, однако такой случай нельзя считать типичным.

Насыпная масса и кажущаяся плотность. Насыпная масса окатышей изменяется в сравнительно узких пределах (см. таблицу 6.3) и превышает характерный для амортизационного лома хорошего качества показатель 1,2 – 1,5 т/м3. Поэтому эффективность использования емкости бункеров и закромов в случае использования окатышей выше, чем лома. Наиболее высокой насыпной массой обладают брикеты из металлизованных материалов.

Кажущаяся плотность губчатого железа (отношение массы частицы к ее объему, ограниченному внешней поверхностью) зависит от истинной (пикнометрической) плотности материала, изменяющейся в пределах 6,8 – 7,4 г/см3, и пористости (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Зависимость между кажущейся плотностью и пористостью металлизованных материалов: 1 – брикеты; 2 – руда; 3 – окатыши

Высокое значение пористости у металлизованных материалов (45 – 70%) обусловлено пористостью исходных железорудных материалов (у окатышей может доходить до 30 %) и уменьшением объема окислов в результате восстановления.

Значение кажущейся плотности сказывается при плавлении металлизованных окатышей с непрерывной загрузкой в жидкую ванну. Частицы материала с плотностью, более высокой, чем плотность жидкого шлака (2,8 – 3,3 г/см3), плавятся быстрее, чем с меньшей, поскольку они погружаются на границу раздела шлак – металл, где теплопередача по сравнению со шлаком выше.

Поверхность. Характерной особенностью губчатого железа является очень большая удельная поверхность, включающая внешнюю поверхность кусков и внутреннюю поверхность открытых пор (последняя превышает первую на несколько порядков).

Удельная поверхность металлизованных материалов составляет 0,2 – 1,0 м2/г, в отдельных случаях достигая 3 м2/г. Для стального лома указанная величина имеет значения 1,5 – 300 м2/т, что существенно сказывается в различии скоростей окисления губчатого железа и лома.

Большая величина удельной поверхности железа прямого восстановления объясняется высокой пористостью и очень малым размером пор, возникающих в результате изменения кристаллографической структуры при превращении окислов в металлическое железо. Размер микропор изменяется в основном в пределах 0,1 – 6 мкм, причем в среднем более 90 % объема приходится на поры размером более 1 мкм.

Прочность. Прочность металлизованных окатышей на раздавливание зависит от свойств обожженных окатышей (прочности, состава) и температуры восстановления. Для неофлюсованных окатышей она находится в пределах 490-1470 Н/окатыш. Указанный минимальный уровень прочности обеспечивает транспортировку, складирование и загрузку окатышей в сталеплавильные агрегаты с образованием относительно небольшого количества мелочи.

Теплопроводность. Для отдельных окатышей и кусков губчатого железа коэффициент теплопроводности = 2,3 – 9,3 Вт/(м•К), для слоя = 0,35 – 1,05 Вт/(м•К). Теплопроводность компактного железа составляет 29 – 70 Вт/(м•К), а легковесной шихты (лист, проволока, стружка) 0,87 – 2,3 Вт/(м•К), т.е. последняя имеет один порядок с шихтой из губчатого железа. Низкой теплопроводностью в сочетании с большой удельной поверхностью и химической активностью восстановленного железа определяют его повышенную склонность к окислению. Температура начала интенсивного окисления в зависимости от способа и температуры восстановления находится в пределах 170 – 300°С. При указанных температурах поступление тепла от окисления превышает скорость отвода его теплопроводностью.

Другие свойства. Величина угла естественного откоса окатышей составляет 34 – 40°, для мелочи этот показатель несколько выше. Губчатое железо со степенью металлизации более 80 % и содержанием пустой породы менее 12 % обладает достаточной электропроводностью для зажигания на нем дуги в электропечи без принятия специальных мер.

Продукты прямого восстановления магнитны. При погрузке электромагнитом металлизованных окатышей достигается не меньшая производительность, чем при погрузке стального лома хорошего качества.

  6.2 Физические свойства железа прямого восстановления
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ