Свойства высокоосновного бокситового агломерата

РЕФЕРАТ. Применение высокоосновного бокситового агломерата (ВБА) вместо боксита и известняка в доменной выплавке высокоглиноземистого шлака — основы получения дорогостоящего цемента с особыми свойствами — позволит значительно сократить расход кокса. В статье показаны возможности получения ВБА с высокой требуемой для этого основностью (отношением СаО/SiO₂) около 5—7, обладающего достаточно высокими механической прочностью и стойкостью против самопроизвольного разрушения при открытом хранении.

Ключевые слова: боксит, высокоосновный агломерат, прочность агломерата.

Keywords: bauxite, highly basic sinter, sinter strength.

Введение

Производство высокоглиноземистых шлаков в доменных печах осуществляют для получения специального цемента — главного компонента уникальных (расширяющихся, быстро твердеющих, огнеупорных и жаропрочных) бетонов [1, 2].

Сырьем для такой доменной плавки в настоящее время служат боксит и известняк. Поскольку выведение из доменной шихты каж­дой тонны известняка позволяет экономить 400 кг кокса [3], в черной металлургии освоено производство офлюсованного доменного агломерата с основностью (отношением СаО/SiO₂), равной 1,0—2,2. Основность офлю­сованного ВБА, используемого вместо смеси боксита и известняка, должна составлять около 5—7 (табл.1).

Сложность состоит в том, что проблематично строить при цементном производстве агломерационную ленту, на которой можно производить такой агломерат. Его придется заказывать на действующей агломерационной фабрике, привозить в открытых вагонах и хранить в штабелях. Поэтому агломерат должен обладать достаточно высокими прочностью и стойкостью против самопроизвольного разрушения при открытом хранении. В данной статье выявлена возможность получения таких агломератов.

Существует и специфика синтеза высокоглиноземистого шлака.

Он начинает формироваться уже в ходе получения ВБА. Все указанные в табл. 1 оксиды, их двойные, тройные и более сложные со­единения, образующиеся при температурах до 1300 °С, целиком перемещаются из агломерата в шлак. Практически все железо из боксита переходит в чугун. Для увеличения его выхода из шихты в нее дополнительно вводят окалину и металлические добавки.

Главной технологической задачей формирования прочного ВБА является ассимиляция в его связующем расплаве большого количества извести из известняка, содержащегося в исходной шихте. Он должен разложиться до оксида кальция (извести), который после взаимодействия с жидкой фазой (расплавом шихты) растворяется в ней, а при охлаждении выкристаллизовывается преимущественно в составе силикатов, ферритов и алюмоферритов кальция.

Неусвоившиеся в шлаковом расплаве (и в агломерате) зерна извести снижают проч­ность агломерата. Известь гидратируется при открытом хранении ВБА в штабеле, что сопровождается увеличением объема крис­таллической решетки вещества на 10 %. В куске агломерата возникают внутренние напряжения, и он растрескивается с образованием пыли.

Доказано [4], что глинозем — теоретически более емкий ассимилятор извести, чем оксиды железа обычных железорудных агломератов.

Целью данной работы было определение возможности получить ВБА с достаточно высокими механической прочностью и стабильностью при открытом хранении.

Основная часть

Агломерат получали на лабораторной агломерационной установке с чашей диаметром 205 мм, позволяющей спекать слой шихты высотой до 350 мм и массой до 15 кг при разрежении до 1000 мм вод. ст.

Относительную прочность агломерата определяли по результатам его пребывания в течение определенного времени в стандарт­ной установке с барабаном диаметром 1 м с тремя внутренними полками, вращающимся со скоростью 25 об./мин.

Исходным сырьем служили боксит (фракционный состав 0…2 мм — 40 %, 2…5 мм — 20 %, 5…10 мм — 40 %), известняк (0…3 мм) и железная окалина (0…2 мм). В шихту вводили 35 % возврата крупностью 0…10 мм постоянного фракционного состава.

Из шихты одного состава производили в равных отработанных технологических условиях два спекания. Продукт одного из них шел на испытание прочности, второго — на испытание стабильности при хранении. Во втором случае продукт дважды сбрасывали на стальную плиту для выделения возврата, после чего фракция +10 мм поступала на испытание стабильности.

Относительную прочность агломерата определяли по выходу мелочи (фракции 0—5 мм) после его пребывания в барабане. Стабильность определяли по выходу мелочи после испытания агломерата, хранившегося 1 сут и охлажденного до комнатной температуры. Далее следовала его естественная сушка в течение 2 сут и последующий рассев. После отделения мелочи агломерат хранили в открытых условиях в течение 10 сут. Всего было получено и исследовано около 70 пар образцов агломератов.

Результаты приведены в табл. 2, 3.

Выяснено, что ВБА могут быть прочнее обычных железорудных. Так, выход мелочи после испытания их в барабане был менее 10 % вместо 20—30 %, характерных для обыч­ных железорудных агломератов [3].

После 10-суточного открытого хранения ВБА образуется до 5,0—7,5 % мелочи, тогда как многие железорудные агломераты содержит ее перед доменной плавкой до 15—20 %.

При уменьшени основности (отношения СаО/SiO₂) агломерата от 5 до 2—3 его проч­ность не улучшается, так как увеличивается вязкость агломерационного расплава, чем затрудняется формирование его прочной и монолитной структуры.

При промышленных испытаниях была подтверждена высокая стойкость ВБА против самопроизвольного разрушения при открытом хранении в штабеле. Через 70 сут в нем содержалось лишь 14 % фракции 0—5 мм.

Оксид кальция в агломерате усваивается тем лучше, чем большее количество расплава участвует в его формировании.

Оплавленность агломерата увеличивают либо введением разжижающих добавок, либо увеличением высоты слоя спекаемой шихты, если позволяет ее газопроницаемость. Увеличение высоты слоя шихты до 300 мм способ­ствует некоторому упрочнению агломерата и его стойкости к разрушению при хранении. При высоте слоя 250—300 мм получены наилучшие (с учетом линейной скорости спекания) результаты, причем положительный эффект достигается без увеличения расхода топлива. Это важно для данной шихты, так как оптимальное содержание кокса в ней составляет 7—9 %, что на 25—50 % выше обычного при спекании железорудных офлюсованных агломератов.

Снизить температуру формирования высокоосновного и высокоглиноземистого расплава можно и путем введения в шихту оксидов железа. В качестве чистого (с точки зрения содержания диоксида кремния) носителя оксидов железа при доменной плавке бокситов можно использовать железную окалину.

Выводы

1. ВБА достаточно прочны. Выход мелочи (фракции 0—5 мм) после испытания в барабане составляет около 15 % вместо 20—30 %, характерных для обычных железорудных агломератов.

2. После 10-суточного открытого хранения ВБА образуется до 5—6 % мелочи, тогда как многие железорудные агломераты содержат ее до 9—10 %.

3. При уменьшении основности (отношения СаО/SiO₂) агломерата от 5—7 до 2—3 его прочность не улучшается. Происходит увеличение вязкости агломерационного расплава, затрудняющее формирование его прочной и монолитной структуры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Химия и технология спеццемента / Под ред. И.В. Кравченко. Л.: Стройиздат, 1979. 208 с.

2. Вдовин К.Н., Ушеров А.И., Махоткина Е.С. Утилизация отходов вторичного алюминия в доменной плавке бокситов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 2007. № 6. С. 68.

3. Вегман Е.Ф., Похвиснев А.Н., Юсфин Ю.С. и др. Металлургия чугуна. М.: Академкнига, 2004. С. 144—145.

4. Утков В.А. Высокоосновный агломерат. М.: Металлургия, 1977. 156 с.