Прямое получение железа
Технология жёсткой вакуумной экструзии мелкодисперсных техногенных и природных материалов металлургии за последние несколько лет приобрела репутацию проверенной технологии изготовления брикетов экструзии (брэксов) для металлургических печей (доменных, руднотермических, ДСП и др.).
В 2013 г. Бижановым А.М. с коллегами были получены убедительные результаты промышленного эксперимента по оценке возможности металлизации брэксов в реакторах прямого получения железа. Эксперименты были проведены в промышленном реакторе Мидрекс компании Qatar Steel (Катар, Доха). Компания Qatar Steel импортирует ежегодно 3,5 млн т железорудных окатышей для производства 2,35 млн т ГБЖ. Во время разгрузки, складирования и последующей загрузки окатышей в реакторы металлизации, выгрузки металлизованных окатышей и их брикетирования ежегодно образуются десятки тысяч тонн мелкодисперсных отходов. Для испытаний были использованы брэксы, произведенные из смеси отсева окатышей –55,6% (92% крупностью не более 6,3 мм), металлизированного шлама – 27,8% (92% крупностью не более 6,3 мм) и прокатной окалины – 16,6% (99% крупностью не более 10 мм). Основными целями исследования являлись оценка металлургических свойств брэксов применительно к процессу Мидрекс и выбор связующего, обеспечивающего их прочность и максимальную степень металлизации. Смесь перед брикетированием дополнительно измельчили на валковой дробилке. Опытные брикеты четырёх типов, незначительное отличие химического состава которых определялось только типом и величинами содержания связующего, были изготовлены в компании J.C.Steele&Sons, Inc. на лабораторном экструдере.
Было проведено две серии ящичных испытаний по восстановлению брэксов в промышленном реакторе Мидрекс. В первой серии упрочнённые брэксы (по 25–30 шт.) помещали внутрь жестких стальных корзин, которые загружали в реактор вместе с окатышами, а по окончании процесса извлекали из реактора. Это позволило визуально оценить состояние восстановленных брикетов, изучить их состав и свойства. В этом случае механическая прочность брэксов не играла существенной роли, поскольку они не подвергались давлению столба шихты. Жёсткость корзины полностью устранила давление слоя окатышей на брэксы и, как следствие, возможную деформацию или разрушение брэксов. Во второй серии испытаний брэксы помещали в деформируемые газопроницаемые стальные пакеты, что позволило изучить их поведение в условиях, приближенных к условиям внутри слоя окатышей в реакторе Мидрекс.
После извлечения из реактора брэксы, полученных с использованием цементной связки растрескались, причём трещин оказалось больше на брэксах с более высоким содержанием связующего. Можно сделать вывод о связи горячей прочности брэксов с их прочностью на раздавливание. Менее прочные и менее плотные в холодном состоянии брэксы проявили и меньшую горячую прочность, что выразилось в образовании поверхностных трещин, что согласуется с хорошо известными результатами исследования горячей прочности железорудных окатышей. Для окатышей также наблюдалась и негативная зависимость горячей прочности от соотношения Al2O3/SiO2, увеличение которого снижает горячую прочность окатышей. Эти брэксы, показавшие меньшую горячую прочность по сравнению с брэксами на известковом связующем, имели самые высокие величины модуля из-за значительного содержания глинозема в цементе и, особенно, в бентоните. Наличие в брэксах извести и гематита (отсев окатышей и окалина) благоприятствовало во время их нагрева в реакторе Мидрекс быстрому образованию уже при температурах выше 400–500 °С ферритов кальция, имеющих низкую температуру плавления и размягчения, упрочняющих структуру брэкса и повышающих его восстановимость. Часть брэксов на цементной основе слиплась в процессе их восстановления. Такое слипание могло иметь тот же механизм, что обусловливает слипание безобжиговых окатышей на цементной связке.
После извлечения брэксов из жестких стальных корзин были определены их химический состав, общее содержание железа, содержание металлического железа и степень металлизации. Максимальную степень металлизации имели брэксы с содержанием известкового связующего (5%), а минимальную – брэксы с максимальным (8%) содержанием цементной связки.
Результаты первой серии испытания брэксов, изготовленных из смеси отсева окатышей, прокатной окалины и дисперсных отходов производства ГБЖ, в промышленном реакторе Мидрекс показали возможность эффективной их металлизации с сохранением целостности.
Во второй серии испытаний брэксы аналогичного состава с применением трёх различных типов связующего (портландцемент, известь и новое магнезиальное связующее) помещались в деформируемые стальные пакеты. Исследование состава и структуры извлечённых брэксов показало, что наилучшие результаты по горячей прочности и восстановимости продемонстрировали брэксы на магнезиальном связующем. Более подробно эти результаты будут рассмотрены в отдельной статье Бижанова А.М. с коллегами. Основываясь на результатах опытно-промышленных плавок руководство Qatar Steel приняло решение о строительстве брикетной фабрики для производства брэксов по методу жёсткой экструзии.
