Влияние структуры обожженных окатышей на прочность и разрушение при испытании на статическое сжатие

Обожженные окатыши должны сохранять прочность от момента схода с обжиговой машины до загрузки в доменную печь. Одним из показателей прочности обожженных окатышей является прочность на сжатие, т. е. максимальная прилагаемая нагрузка, при которой железорудный окатыш полностью разрушается. В работе изучен характер разрушения обожженных неофлюсованных железорудных титаномагнетитовых окатышей фракции 10 - 16 мм при испытании на статическое сжатие согласно ISO 4700. Показано, что при испытании основным видом разрушения является возникновение и развитие трещин плоскости, проходящих через центр магнетитового ядра, где действуют максимальные радиальные растягивающие напряжения, или в непосредственной близости от него. В отдельных случаях траектория одной из разрушающих трещин отклоняется от указанной выше плоскости и огибает магнетитовое ядро. Очевидно, это связано с наличием второй области концентрации растягивающих напряжений на границе магнетитового ядра и гематитовой оболочки, сформировавшихся при охлаждении окатышей вследствие различия их механических и теплофизических свойств. В итоге, конечная структура окатышей характеризуется наличием двух зон: периферийной гематитовой и центральной магнетитовой. Определена роль влияния относительного размера магнетитового ядра на прочность при сжатии обожженных окатышей. Установлено, что с уменьшением относительного размера магнетитового ядра прочностные характеристики окатыша возрастают. При протекании процесса полного окисления магнетита (когда весь объем окатыша состоит из гематита) максимальный уровень предельных характеристик прочности на сжатие окатышей может быть следующим: максимальное разрушающее усилие 3300 Н, энергия разрушения 0,55 Дж, массовая энергия разрушения 0,18 Дж/г.

1. Шумаков Н.С., Дмитриев А.Н., Гараева О.Г. Сырые материалы и топливо для доменной плавки. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 392 с.

2. Eklund N., Dahlstedt A. The choice of pellets in a mixed blast furnace burden and how it effects process conditions // Proceedings of the 14th Conf. on Hungarian Pig Iron and Steel Making. Hungary, Balatonszeplak, 2002. P. 1-14.

3. Никитченко Т.В., Тимофеева А.С., Кожухов А.А. Влияние модифицирующих добавок на формирование железорудных окатышей // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2018. № 4. С. 67-72.

4. Gao Q.-J., Shen F.-M., Wei G., Jiang X., Zheng H.-Y. Effects of MgO containing additive on low-temperature metallurgical properties of oxidized pellet // Journal of Iron and Steel Research International. 2013. Vol. 20. No. 7. P. 25-28. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(13)60121-1

5. Gustafsson G., Haggblad H.-A., Nishida M., Larsson S., Jonsen P. Fracture probability modelling of impact-loaded iron ore pellets // International Journal of Impact Engineering. 2017. Vol. 102. P. 180-186. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2016.12.014

6. Gustafsson G., Haggblad H.-A., Jonsen P. Multi-particle finite element modelling of the compression of iron ore pellets with statistically distributed geometric and material data // Powder Technology. 2013. Vol. 239. P. 231-238. http://dx.doi.org/10.1016/j.powtec.2013.02.005

7. Gustafsson G., Haggblad H.-A., Jonsen P. Characterization modeling and validation of a two-point loaded iron ore pellet // Powder Technology. 2013. Vol. 235. P. 126-135. http://dx.doi.org/10.1016/j.powtec.2012.10.003

8. Tavares L.M., Cavalcanti P.P., de Carvalho R.M., da Silveiera M.W., Bianchi M., Otaviano M. Fracture probability and fragment size distribution of fired Iron ore pellets by impact // Powder Technology. 2018. Vol. 336. P. 546-554. http://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.06.036

9. Юрьев Б.П., Гольцев В.А. Исследование процесса окисления магнетита // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 10. С. 735-739. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-10-735-739

10. Горбачев В.А., Абзалов В.М., Юрьев Б.П. Кристаллохимическое превращение магнетита в гематит в железорудных окатышах // Известия вузов. Черная металлургия. 2007. № 4. С. 27-30.

11. Yur'ev B.P., Dudko V.A. Optimization of the iron-ore pellet annealing process on conveyor machines considering the layer's physicochemical process run // Steel in Translation. 2020. Vol. 50. No. 9. P. 611-617. http://doi.org/10.3103/S0967091220090119

12. Малышева Т.Я., Юсфин Ю.С., Плотников С.В. Влияние щелочей на механизм упрочнения окатышей из концентратов руд железистых кварцитов // Известия вузов. Черная металлургия. 2011. № 11. С. 15-19.

13. Dwarapudi S., Devi T.U., Mohan R.S., Ranjan M. Influence of pellet size on quality and microstructure of iron ore pellets // ISIJ International. 2008. Vol. 48. No. 6. P. 768-776. https://doi.org/10.2355/isijinternational.48.768

14. Umadevi T., Kumar P., Lobo N.F., Prabhu M., Mahapatra P.C., Ran-jan M. Influence of pellet basicity (CaO/SiO2 ) on iron ore pellet properties and microstructure // ISIJ International. 2011. Vol. 51. No 1. P. 14-20. https://doi.org/10.2355/isijinternational.51.14

15. Физико-химические и теплотехнические основы производства железорудных окатышей / В.М. Абзалов, В.А. Горбачев, С.Н. Евстюгин, В.И. Клейн, Л.И. Леонтьев, Б.П. Юрьев. Екатеринбург: МИЦ, 2015. 335 с.

16. Gao Q.-J, Shen Y.-S., Jiang X., Zheng X.-Y., Shen F.-M., Liu C.-S. Effect of MgO on oxidation process of Fe3O4 in pellets // Journal of Iron and Steel Research International. 2016. Vol. 23. No. 10. P. 1007-1011. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(16)30151-0

17. Меламуд С.Г., Юрьев Б.П. Методика расчета напряжений в обожженных железорудных окатышах при их охлаждении // Известия вузов. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 12. P. 865-870. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-12-865-870

18. ISO 4700. Iron ore pellets for blast furnace and direct reduction feed stocks. Determination of the Crushing Strength. Switzerland: International Organization for Standardization, 2015. 5 p.

19. Cavalcanti P.P., Tavares L.M. Statistical analysis of fracture characteristics of industrial iron ore pellets // Powder Technology. 2018. Vol. 325 P. 659-668. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.11.062

20. Cavalcanti P.P., Tavares L.M. Static and dynamic compressive loading offered iron ore pellets // Powder Technology. 2019. Vol. 354. P. 281-288. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.06.006

21. Лурье А.И. Теория упругости. М.: Наука, 1970. 939 с.

22. Rolland S.A., Gethin D.T., Lewis R.W., Tweed J.H. Characterization of powders in low pressure region of yield surface // Powder Metallurgy. 2010. Vol. 53. No. 4. P. 340-351. http://doi.org/10.1179/003258910X12680382874526

23. Исмагилов Р.И., Эфиндиев Н.Т., Пузаков П.В., Шарковский Д.О., Поколенко А.Ю., Стародумов А.В., Лавриненко А.А. Разработка технологий производства различных видов высококачественных окатышей // Сталь. 2020. № 3. С. 15-18.