Основною сировиною доменних печей в теперішній час є офлюсований залізорудний агломерат. Найважливішою характеристикою якості агломерату є його холодна міцність [1]. При цьому відомо [2, с. 183, 184], що підвищення холодної міцності агломерату є одним із факторів, що визначають поліпшення газодинамічних умов доменного процесу. В сучасних умовах вимоги до якості металургійної сировини постійно підвищуються, що змушує технологів виробництва з випуску агломерату і котунів задавати в шихту компоненти, які збільшують міцність згрудкованої сировини і поліпшують властивості доменних шлаків. Одним із таких компонентів є магній та його сполуки.

Ширина температурного інтервалу, в якому відбувається плавлення доменних шлаків, має певний діапазон, що обумовлено їх багатокомпонентністю. У зв’язку з труднощами, які виникають при визначенні межі між поняттями «температура плавлення» та «температура кристалізації» шлаків, використовують термін «плавкість» [3] – мінімальна температура, за якої шлаки не втрачають свою рухливість.

Високий вміст магнезії у шлаках різко погіршує їх в'язкість, що пояснюється утворенням в них кристалів шпінелі (MgO∙Al₂O₃) з температурою плавлення приблизно 2135 ºС [4]. Однак позитивний вплив MgO на температури плавлення і кристалізації, а також в'язкість шлаків все ж є, і залежить він від основності шлаків. Для нормальних (CaO/SiO₂ = 1,10–1,30) та основних ((CaO+MgO)/SiO₂ = 1,35–1,45) шлаків розріджувальний ефект магнезії спостерігається при вмісті                                                 MgO = (6–12 % [5]. В кислотних шлаках (CaO/SiO₂ не більше 1,0) позитивний ефект спостерігається при вмісті MgO = 10–20 % [6].

Для умов підприємств металургійного комплексу України притаманні високосірчисті шлаки, для яких доцільним є вміст магнезії 3–12 % [7, 8]. Найліпша якість чавуну відповідає шлакам нормальної і високої основності, які містять                                      8–12 % магнезії [6].

Вміст магнезії в кислих шлаках не повинен перевищувати 11–14 %. Це сприяє зниженню в’язкості та збільшенню плинності шлаків, що пояснюється наявністю в шлаку досить великої кількості сульфідів CaS, які розбавляють розплав [9].

Рівень нагрівання доменної печі контролюється вмістом кремнію в чавуні, який переходить в металевий сплав після відновлення [10]. Можливість неускладненої роботи печі за рахунок наявності основних магнезіальних шлаків спостерігається для чавуну з вмістом 0,2–0,4 % кремнію за рахунок більшої теплоємності основних магнезіальних шлаків [6], оскільки саме теплоємність дає змогу підтримувати сприятливе поєднання фізико-хімічних властивостей шлаку на відносно постійному рівні. Позитивний ефект підвищеного нагрівання доменної печі може бути наслідком нестабільності шлаків [7, 8], оскільки їх властивості різко змінюються навіть при незначному коливанні температури або хімічного складу шихтових матеріалів [11].

Найпростіший спосіб введення будь-яких домішок в доменну піч – їх завантаження разом із шихтовими матеріалами – у випадку магнезіальних добавок має низку недоліків. Основний з них – руйнування магнієвмісних флюсів у верхній частині печі через меншу, ніж у залізорудних матеріалів, «гарячу» міцність, що значно погіршує газодинамічні умови плавки. Тому найбільш доцільно вводити такі домішки на етапі виробництва згрудкованої залізорудної сировини.

Серед двох основних видів згрудкованої металургійної сировини – котунів і агломерату – останній має більшу гнучкість в управлінні процесом плавки, тому введення оксиду магнію в доменну піч найбільш доцільно в складі залізорудного агломерату. Це обумовлено більшими температурами проведення спікання (до 1500 ºС) при агломерації в порівнянні з окислювальним випалом котунів (не більше 1350 ºС). Крім того, більший вплив на агломерат та його властивості має не вміст і склад рудної частини, а основність шихти та вміст в ній вуглецю, які варіюються в залежності від вимог до агломерату [12].

Вид магнієвмісного мінералу істотно впливає на металургійні властивості спеченого агломерату. При цьому найбільш перспективними магнієвмісними флюсами є силікати магнію. Однак вплив цих добавок на процес мінералоутворення при спіканні агломерату і, відповідно, формування його міцнісних властивостей практично не вивчений.

У вітчизняному виробництві агломерату найчастіше використовують добавки на основі доломіту, магнієвмісних руд і концентратів. Використання силікатів магнію на закордонних виробництвах призводить до зниження вмісту заліза в сировині через високий вміст кремнію в цих добавках. Проте завдяки вивченню закордонного досвіду можливе розширення сировинної бази магнієвмісних домішок для українських виробників агломерату.

Серпентиніт вирізняється високим вмістом магнезії, більшою чистотою за вмістом шкідливих домішок і значно меншими втратами під час прожарювання в порівнянні із сидеритом. Однак, він також має високий вміст кремнезему, що веде до зниження вмісту заліза в агломераті [13].

Тому було виконано ряд експериментів зі спікання агломератів з використанням сидериту та серпентиніту, а також комбінованого флюсу на їх основі. В результаті встановлено оптимальний склад комбінованої флюсувальної добавки та її вплив на параметри агломераційного процесу. Серпентиніт із залишковим магнезитом є побічним продуктом виробництва магнезиту, і його використання в аглодоменній переробці дасть змогу знизити негативний вплив порідних відвалів на навколишнє середовище.

Проведення низки дослідно-промислових спікань дало змогу уточнити і перевірити оптимальний склад комбінованого флюсу, що містить 10 % серпентиніту і 90 % сидериту, та його економічну ефективність в порівнянні з іншими складами. Для агломератів з простою основністю 1,5 од., що виготовлені з таким флюсом, міцність на удар становить від 76,0 до 80,7 %, на стирання – від 5,3 до 3,9 %; для основності 1,75 од. відповідно: від 77,3 до 82,9 % і від 5,4 до 4,7 %.

Порівняння оптимальних складів серед серій агломераційних шихт за витратами на шихтові матеріали показало, що найбільш економічно вигідною є шихта з додаванням серпентиніту. Для цього ж варіанту складу максимальною буде і величина продуктивності агломераційного процесу. Вміст заліза в порівнюваних варіантах практично однаковий 52,1–52,2 %.

Література:

1. Губин Г.В. Савельев С.Г., Равинская В.О. Оценка показателей качества железорудного сырья и их влияния на работу доменной печи / Качество минерального сырья: Сб. научн. трудов. Кривой Рог, 2017. Т. 1. – С. 83–91.

2. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н. и др. Металлургия чугуна. – М., 2004. – 774 с.

3. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. – 3-е изд., перераб. и доп. – К.: Выща шк., 1988. – 351 с.

4. Остроухов М.Я., Остроухов М.Я., Жило Н.Л. О критериях оценки свойств доменных шлаков. Сборник научных трудов: Межвузовский выпуск 2. – Магнитогорск, 1973. – С. 134-137.

5. Тогобицкая Д.Н., Можаренко Н.М., Белькова А.И., Степаненко Д.А. Аналитическая оценка свойств доменных шлаков, обеспечивающих устойчивую работу печи в нестационарных условиях // Металлургическая и горнорудная промышленность, 2010 № 4. – С.13–17.

6. Васюченко А.И. и др. Опыт работы доменных печей на магнезиальных шлаках // Сталь, 1986, № 6. – С. 10-12.

7. Пермяков А.А., Долинский В.А. Особенности минерального состава доменного шлака при проплавке магнезиального агломерата // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2007. № 6. – С. 13-16.

8. Мишин П.П., Раев Ю.О., Слепцов Ж.Е. Освоение технологии выплавки чугуна на магнезиальноглиноземистых шлаках // Сталь, 1969. № 12. – С.1073–1077.

9. Пыриков А.Н., Невраев В.П., Жак А.Р., Хаустов В.А. Освоение производства высокоосновного доменного агломерата на Череповецком металлургическом комбинате // Сталь, 1989, № 8. – С. 4–7.

10. Якушев А.М., Голубев Л.А. Вязкость шлаков системы CaO – Al₂O₃ – SiO₂ – MgO на основе СаО // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2006. № 9. – С.9 –11.

11. Товаровский И.Г., Можаренко Н.М., Белецкий В.А., Хвостенко В.С. Условия выплавки низкокремнистого чугуна с низким содержанием серы // Сталь, 1992. №10. – С. 5–8.

12. Никитин Л.Д., Долинский В.А., Бугаев С.Ф. и др. Выплавка чугуна с пониженным содержанием кремния на магнезиально-глиноземистых шлаках // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2003. № 4. – С. 11–14.

13. Шаповалов А.Н., Заводяный А.В., Братковский Е.В. Применение серпентинитов Халиловского месторождения в агломерационном производстве // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2011. № 3. – С. 25–29.