Металлургия

К.т.н. Дзюба О.И., Попрожук О. А., Савицкий В.С.,

ОАО «Завод КОНСТАР», Кривой Рог, Украина

Селикова М.В. , ООО «Магнитные технологии»

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ОКАТЫШЕЙ ДЛЯ ФЕРРИТИЗАЦИИ

Ферритизация высокотемпературный процесс (1200-1300^оС), который проводят с целью синтеза ферритов, с последующим получением магнитных материалов из них с заданными свойствами. В последнее время совершенствование получения ферритов ведется в направлении удешевления сырьевых материалов, за счет использования природных оксидов железа. Узким местом в технологии синтеза высококачественных ферритов является получение однородных гранул или брикетов перед обжигом. Немаловажно также, чтобы эти гранулы не рассыпались во время обжига и зерна образовавшегося феррита были одинаковыми. В конечном итоге задача сводится к разработке оптимальной технологии грануляции. Большой опыт по получению гранул (окатышей) накоплен в черной металлургии при окомковании железорудного сырья. Если более сузить проблему, то задача разработки такой технологии сводится к подбору эффективного связующего и отработке технологии окомкования с ним.

Современный рынок предлагает большое количество разнообразных связующих материалов, единой общепринятой классификации которых не существует. Глинистые материалы занимают основную долю рынка связующих веществ. Наиболее широко при окомковании железосодержащего сырья применяются бентонитовые глины. Бентониты относятся к морским осадочным глинам, образовавшимся в результате геологических изменений лав, их пеплов и туфов. Химический состав бентонитов различен и более полную техническую характеристику бентонитам дает их минералогический состав. Основной составляющей бентонитовых глин, обеспечивающей их вяжущие свойства, является минерал монтмориллонит (Аl, Mg)₂-3(OH)₂(Si₄O₁₀)_*nH₂O. В состав бентонитов так же входит небольшое количество байделлита. При увлажнении бентониты поглощают воду, увеличиваются в объеме в 15...20 раз и образуют гели с развитой удельной поверхностью до 600...900 м²/г. Но бентониты разубоживают продукты, и в случае производства ферритов они не применимы из-за большого содержания кремнезема. Окомкование ферритов может быть реализовано с добавкой органических связующих природных или синтетических. При обжиге такие вещества практически полностью выгорают, а расход некоторых синтетических органических веществ составляет менее 1 %. В отличие от бентонита, распределение которого определяется его высокой, после набухания, объемной концентрацией в шихте, распределение органического связующего осуществляется посредством образования раствора с высокой смачивающей способностью по отношению к поверхности сырья.

Широко распространено использование сульфитно-спиртовой (ССБ) и сульфитно-дрожжевой бражек (СДБ) - побочных продуктов переработки древесины. Эти связующие являются техническими лигносульфонатами с примесью редуцирующих веществ. Оптимальный расход таких связующих в шихту составляет 3,0...3,3% по сухому остатку. К недостаткам использования ССБ и СДБ относятся повышенный приход со связующими серы и, следовательно, почти трехкратное повышение ее содержания в окатышах, а так же в два раза более низкую прочность обожженных окатышей. Широкое применение в США нашло органическое связующее "Перидур". Расход "Перидура" в 5 раз ниже расхода бентонита высокого качества. Существуют предложения по использованию других видов синтетических органических веществ. Фирмой Golden West Ind. (г.Прайс, США) запатентовано связующее состоящее из смеси полимера и поверхностно-активного вещества. Отношение полимера к ПАВ в связующем составляет от 0,001:1 до 0,1:1. Например, предложено использовать нагретый до 80...90°С водный раствор моноэтаноламида синтетических жирных кислот фракции С₁₀-С₁₆. Расход раствора составляет 0,01 ...0,03 %. Добавка связующего в жидком виде не технологична, т.к. железосодержащий продукт содержит избыточную влагу. Поэтому нами сформированы требования к синтетическим органическим связующим, которые должны быть сухими, порошкообразными, хорошо растворяться в воде и обладать клеящими свойствами. Этим требованиям отвечает карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - простой эфир целлюлозы и гликолиевой кислоты, точное название которого - натриевая соль КМЦ. Получают КМЦ при взаимодействии щелочной целлюлозы и натриевой слои монохлоруксусной кислоты.

Исследования показали, что прочность сырых окатышей на удар возрастает при увеличении расходов связующего. Увеличение расхода органического связующего с 0,05 до 0,1 кг/т увеличивает число сбрасываний окатышей до 5 раз, что достаточно для технологии ферритизации. При деформации сжатием прочность сырых окатышей с органическим связующим (0,1 кг/т) составляет ~1 кг/ок .

Для успешного проведения процесса ферритизации крупного окатыша (более 10 мм) необходимо обеспечить хорошую пористость его. Растворяясь в воде, КМЦ образует длинные молекулярные цепи с ориентированной в пространстве развитой структурой. Такие длинные прочные молекулы формируют каркас и прочность сырого окатыша. При нагреве органическое связующее полностью отдает влагу, объем молекул КМЦ уменьшается и, после полного удаления воды, образуется высокопористая структура окатыша.

Как показывают исследования первый этап термической обработки окатышей: сушка является наиболее ответственным с позиций сохранения целостности окатышей и формирования их конечного качества. Одной из наиболее важных функций связующей добавки является обеспечение структуры окатыша, способствующей в том числе безопасной «бесшоковой» сушке. Изучение закономерностей процесса сушки окатышей диаметром 12 мм с различными добавками, проводили при температуре 378 К и скорости фильтрации воздуха 0,03 м/с. Процесс сушки окатышей проводили на основе термического анализа. Его можно охарактеризовать тремя периодами: возрастающей, постоянной и убывающей скорости сушки. Период возрастающей скорости сушки обусловлен формированием поверхности испарения и прогревом объема окатыша. Продолжительность этого периода в нашем случае составляет 10-15% от общей длительности сушки. Во второй период сушки, длительность которого достигает 35-40%, температура окатыша, положение и площадь поверхности испарения постоянны, а все подводимое к окатышу тепло расходуется на испарение влаги. Скорость сушки в этом случае зависит только от скорости диффузии влаги из объема окатыша к поверхности испарения и определяется структурой окатыша. При увеличении пористости окатышей скорость внутренней диффузии влаги и, следовательно, скорость процесса сушки, возрастает. Третий период сушки - период убывающей скорости, наибольшей продолжительностью до 60%, протекает с одновременным углублением поверхности испарения вглубь окатыша и повышением температуры гранулы.

Одним из факторов, который характеризует окатыш, является температура «шока». Для определения температуры «шока» сырые окатыши выдерживали некоторое время в муфельной печи, температура которой менялась ступенчато через 50°С до определения интервала температуры "шока", а в пределах интервала через 10°С. Величина температуры «шока» получена экспериментально и составила 750±10.

Таким образом, в результате проведенных исследований изучен механизм окомкования шихты с органическим связующим (КМЦ), исследованы прочностные свойства полученных сырых окатышей, проведен анализ взаимосвязей между механизмом окомкования, свойствами сырых окатышей, процессом температурно-временной обработки и свойствами обожженных окатышей с органическим связующим, экспериментально определены оптимальные технологические параметры производства окатышей с органическим связующим. Исследования будут продолжены в направлении модифицирования связующего.