Технологические испытания доломитов

09.06.2018
Интенсификация работы современных металлургических печей и внедрение агрегатов большой мощности повышают требования к качеству применяемых огнеупорных футеровок. Это требует создания огнеупоров высокой чистоты и плотности.

Для определения возможности получения огнеупоров необходимого качества из доломитов разведуемого месторождения необходимо отобрать представительные технологические пробы и произвести их испытания. Пробы отбираются от каждой разновидности, имеющей практическое значение, в количестве одной—двух и больше в зависимости от выдержанности химического состава и физико-механических свойств доломитов. Масса лабораторных проб должна находиться в пределах 100—300 кг. В программу лабораторных испытаний обычно входит определение химического и минералогического состава, микроструктуры, плотности и твердости, влаговпитывающей способности, спекаемости при обжиге в кусковом и зернистом состоянии, а также после тонкого мокрого помола, стойкости при хранении, свойств доломита после обжига.

На основе проведенных лабораторных исследований разрабатывается принципиальная схема получения огнеупоров. Для ее проверки проводятся технологические испытания в полупромышленных или промышленных условиях. Масса таких проб согласовывается с организацией, которая будет производить технологические испытания.

Оптимальной массой промышленной пробы доломитов для полного комплекса испытаний при оценке их пригодности в качестве сырья для производства смолодоломитовых огнеупоров Всесоюзный институт огнеупоров считает 3000 т. Отбор проб такой массы при разведке месторождений представляет большие трудности и приводит к резкому увеличению затрат на геологоразведочные работы и значительному удлинению сроков подготовки месторождений к промышленному освоению. Вследствие этого вопрос об оптимальной массе проб был рассмотрен на секции нерудного сырья Экспертно-технического совета ГКЗ России. Секция пришла к выводу, что масса технологических проб, необходимых для оценки доломитов как сырья для изготовления смолодоломитовых огнеупоров, установленная Всесоюзным институтом огнеупоров, представляется завышенной. Институт при ее определении исходит из необходимости полной футеровки рабочей части конвертера, в чем нет необходимости. При испытании в конвертерах смолодоломитового кирпича значительная часть печи может футероваться кирпичом массового производства и лишь поды печей — опытной партией кирпича. При таком подходе объем технологической пробы может быть сокращен по меньшей мере в два раза. Оценка качества сырья в этом случае дается по сравнению технологических свойств изучаемого сырья и сырья месторождения, освоенного промышленностью. Исходя из изложенного, секция нерудного сырья Экспертно-технического совета ГКЗ России пришла к выводу, что вопрос о массе технологических проб доломитов, по которым производятся промышленные испытания, в каждом конкретном случае должен согласовываться с институтами или предприятиями, выполняющими эти испытания, но по месторождениям, разведываемым буровыми скважинами, она не должна превышать 1500 т.

Полупромышленные или промышленные испытания производятся непосредственно в шахтных или вращающихся печах и вагранках, а готовой продукции (сырого доломита, металлургического порошка, трамбовочных масс, доломитового кирпича и блоков, мартенита и других огнеупоров) непосредственно в мартеновских печах и конвертерах по специально разработанной программе. Необходимость проведения полупромышленных или промышленных испытаний возникает не всегда. Они требуются при наличии специфических особенностей доломитов, характеризующихся трудностью спекания, значительным содержании серы, щелочей, необходимостью брикетирования рыхлых доломитов перед обжигом и т. д.

Качество огнеупорных изделий во многом определяется чистотой доломитов. Однако использование для изготовления огнеупоров доломитов высокой чистоты весьма затруднительно, поскольку эти доломиты в большинстве случаев относятся к числу трудно-спекаемых и их обжиг по обычной технологии не обеспечивает получение продуктов требуемой плотности. Все это необходимо иметь в виду при разработке программы испытаний и согласовании ее между геологами и технологами.

Получение высокоплотного клинкера из чистых трудноспекающихся доломитов принципиально может быть осуществлено путем обжига их на высоких температурах во вращающихся печах. Однако это трудновыполнимо и отрицательно сказывается на футеровке самих печей. Часто для обеспечения спекания чистых доломитов используются различные добавки, что приводит к загрязнению продукта и как следствие этого — к ухудшению качества огнеупоров. Так, присадка, например, к доломиту Боснийского месторождения спекающей добавки (2% железной окалины) позволяет получить в процессе обжига порошок высокой плотности, но при этом в нем резко возрастает содержание полуторных окислов (до 4,13%), что в свою очередь приводит к потере присущей боснийскому доломиту чистоты и снижению качества огнеупоров. Средняя стойкость футеровки из таких доломитов составила 95 плавок против 106 на огнеупорах, полученных из рядового сырья. Проведенные с Институтом огнеупоров экспериментальные работы показали, что задача получения высокоплотных доломитовых порошков из чистых трудноспекающихся доломитов, с сохранением чистоты их химического состава может быть решена двумя путями: или активацией самого технологического процесса, или активного воздействия на сырье с целью облегчения его спекания. Реализация первого направления возможна путем использования при обжиге обогащенного кислородом дутья. Обжиг таким образом боснийского доломита показал возможность получения по двухступенчатой системе (обжиг сырого доломита и обжиг смеси сырого и обожженного доломита) доломитового порошка высокой плотности (более 3 г/см3) и чистоты химического состава. Из полученного таким образом порошка было изготовлено несколько партий смолодоломитового кирпича. Средняя стойкость футеровок конверторов составила 605 плавок, тогда как из доломита Щелковского месторождения 539. Однако использование обогащенного кислородом дутья требует тонкого помола доломита (до крупности 12—15 мм), что увеличивает затраты и потери сырья при дроблении, двухкратного обжига при высокой температуре (1900—1930° С).

Вследствие этого более перспективным представляется второе направление — активное воздействие на сырье. Это направление предусматривает обжиг брикетов, изготовленных из предварительно прокаленного на сравнительно низкие температуры материала. Разработанная Институтом огнеупоров технология предусматривает декарбонизацию доломитов при температуре около 1000°C, увлажнение порошка водой, брикетирование массы и обжиг брикетов при температуре 1750° С. При проведении технологических исследований следует учитывать возможность существенного улучшения качества доломитов при их дроблении и классификации, так как часть кальцита, вследствие его повышенной истираемости, а также значительная часть кремнезема и глинистых материалов просеиваются и остаются с фракцией — 5 мм, являющейся отходом.

Материалом для изготовления смолодоломитовых огнеупоров служит смесь, состоящая из порошка обожженного доломита и обезвоженной каменноугольной смолы. Вследствие этого при оценке результатов технологических исследований следует иметь в виду возможность снижения качества огнеупоров не в результате низкого качества доломита, а вследствие неудачного подбора смоляной связки.

Технологические испытания доломитов, используемых в качестве флюсов, производятся только при наличии сомнений в их качестве. В этом случае производятся опытные плавки, задачей которых является проверка хода технологического процесса доменной печи на доломитах разведуемого месторождения.

Доломиты в металлургическом производстве обычно используются без обогащения, путем селективной выемки кондиционных разностей. В тех случаях, когда это невозможно и требуется найти способ удаления из массы полезного ископаемого пустых пород, кремней, гипса, песчано-глинистых заполнений и различных включений, необходимо провести опыты по обогащению, что должно быть согласовано с организацией, которая будет их осуществлять.

Обогащение доломитов обычно производится ручной рудоразборкой, дроблением и грохочением, промывкой и магнитной сепарацией. Возможно применение флотации. Однако сложное обогащение обычно не применяется из-за экономической нецелесообразности.