بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

اثر ميزان تالک بر استحکام و احيا پذيري کلوخه هاي توليدي ذوب آهن اصفهان

چکيده
احياپذيري کلوخه ها، معمولا به عنوان اصلي ترين عامل در ارزيابي کيفيت آنها بـه شـمار مـي رود؛ ولـي اين خاصيت بدون ويژگي هاي مطلوب مکانيکي ، کم ارزش بوده و بازده کوره بلند را کاهش مـي دهـد.
در اين پژوهش ، اثر ماده تالک بر احياپذيري و استحکام کلوخه هاي توليدي ذوب آهـن اصـفهان مـورد مطالعه قرار گرفت . براي اين منظور، مواد اوليه ، با نسبتهاي مشخص به همـراه مقـادير مختلـف رطوبـت و تالک، توسط ديسک گردان مخلوط شده و سپس کلوخه سازي توسط دسـتگاه آگلومراسـيون در دمـاي C°١١٥٠ انجام گرفت . احيا پذيري کلوخه ها در دماهـاي C°٩٥٠، C°١٠٥٠ و C°١١٥٠ و زمانهـاي ٣٠، ٦٠ و ٩٠ دقيقه ارزيابي گرديد. مقاومت مکانيکي کلوخه ها نيز با روش تامبلر تعيـين شـد. در مـورد چسب تالک مشاهده شد که با افزودن آن تا يک مقدار مشخص ، استحکام افزايش يافتـه و سـپس دوبـاره افت مي کند. از طرف ديگر افزودن تالک همواره موجب کاهش احيا پذيري مي گردد.

کلمات کليدي: کلوخه ، احيا پذيري، استحکام، تالک، رطوبت

١- مقدمه :
شارژ ورودي کوره بلند، بايد داراي نفوذ پذيري مناسبي باشد تا جريان گاز را به صـورت يکنواخـت و بـا سرعت بالا از ميان بستر عبور دهد. مواد پودر شده به علت اينکه موجب ايجاد يک بـستر فـشرده و نفـوذ ناپذير مي گردند، براي شارژ در کوره بلند مناسب نيستند. همچنين پودر مـواد، بـه علـت جريـان گـاز بـا سرعت بالا، به صورت گرد و غبار از کوره خارج شده و تلفات مواد اوليه را افزايش مي دهد[١].کلوخـه سازي يا سينترينگ عبارت است از تبديل نرمه سنگ آهن همراه با ساير مواد اوليـه مـورد مـصرف کـوره بلند مانند غبار و لجن کنورتور و غيره به دانه هاي درشت با مقاومت مکـانيکي بـالا در سـرما و گرمـا کـه قابل کاربرد در کوره بلند باشد. اين عمل توسط ذوب منطقه اي در سطح اين دانه ها انجام مي گيرد و بـه اين علت ، کلوخه حاصله کاملا متخلخل و از نظر کـاني شناسـي بـا مـواد اوليـه سـازنده آن متفـاوت مـي باشد[٢و٣].
چسبهاي مـورد استفـاده در آگلـومراسيـون به منظـور ايجاد اتصال بهتر بـين ذرات مـواد اوليـه در هنگـام مخلوط سازي به کار گرفته مي شوند و وظيفه حفظ اين اتصال را تا هنگـام سـينتر شـدن نهـايي ذرات بـر عهده دارند. در صنايع توليد آهن به خصوص در گندله سازي، چسبهاي گوناگوني مورد استفاده قرار مي گيرد که رايج ترين آنها بنتونيت است . اما اين ماده حاوي ترکيبات مـضري بـراي توليـد آهـن مـي باشـد.
بنابراين کوششهاي زيادي براي يافتن چسبهاي با کيفيت بهتر از بنتونيت يا قيمت ارزانتـر از آن کـه داراي مواد مضر نباشند، انجام گرفته است [٤]. مطالعـات زيـادي در مـورد اثـر مـواد مختلـف داراي MgO بـر خواص کلوخه ها انجام گرفته است ولي تا کنون اثر ماده تالک بـر رفتارهـاي مختلـف کلوخـه هـا مـورد بررسي قرار نگرفته است .
هدف از انجام اين پژوهش ، بررسي اثر تالک بر خواص کلوخه هاي توليدي ذوب آهن اصفهان و تعيين استحکام بهينه آنها در حين دارا بودن خواص احيا پذيري مناسب مي باشد. علت انتخاب پودر تالک براي مطالعه خواص چسبانندگي آن در سينتر سازي، دارا بودن مقادير قابـل توجـه MgO، SiO٢ و خاصـيت تورق اين ماده سيليکاتي است . بنابراين در بدو امر به نظر مي رسد که استفاده از اين مـاده بتوانـد موجـب افزايش خاصيت استحکام کلوخه هاي توليدي شود.

٢- مواد و روش تحقيق
با توجه به بار مورد استفاده در خط سينتر سازي ذوب آهن اصفهان و لزوم هماهنگي هرچه بيشتر بـا خـط توليد سينتر در کارگاه آگلومراسيون ذوب آهن اصفهان از مواد اوليه ذکر شده در جدول ١ به عنوان مواد اوليه سينتر سازي استفاده گرديد. همچنين اين جدول، نسبتهاي استفاده شده براي اختلاط مواد اوليه را بـه منظور توليد مخلوط سينتر سازي نشان مي دهد.براي مخلوط سازي مواد از يک ديسک مخلـوط کـن بـه قطر يک متر، عمق ٠.٣ متر با زاويه ٣٠ درجه نسبت به افق و سرعت گردد rpm ٤٤ استفاده گرديد. در نهايت براي پخت مواد اوليه ، از يک پات سينتر سازي استوانه اي شکل به ارتفـاع ٠.٤٥ و قطـر ٠.٣ متر استفاده گرديد که بدنه خارجي آن از جنس فولاد بوده و ديواره داخلي آن توسط آجرهـاي شـاموتي پوشش داده شده بود. اين پات از ناحيه تحتاني به يک پمپ ايجاد خلا متصل مي گرديد که با مکش هوا، موجب حرکت هوا از بالا به پايين و مشتعل کردن بار درون پات مي شد.
براي انجام پخت در هر مرحله ، ابتدا توسط مواد برگشتي يک زير بستر بـه ارتفـاع ٣ سـانتيمتر ايجـاد مـي گرديد و سپس مواد اوليه تا ارتفاع ٢١ سانتي متري درون استوانه بارريزي مي شد و بـراي شـروع اشـتعال آنها، سطح بار توسط خاک اره و خرده کک پوشش داده مي شد. عمليات پخـت توسـط يـک مـشعل بـا توان ١٢٠ کيلووات ساعت به مدت ٣٥ دقيقه انجام مي گرفت .
با توجه به احتمال انجام اکسيداسيون و احياء ذرات اکسيد آهن در حين سـينترينگ و ايجـاد تغييـرات در ميزان اکسيژن ترکيب شده با يونهاي آهن دو و سـه ظرفيتـي ، بـراي محاسـبه ايـن ميـزان اکـسيژن پـس از سينترينگ از روش شيمي تر استفاده گرديد. براي اين منظور، مقداري از کلوخه هـا خـرد شـده و درصـد +Fe٢ و +Fe٣ آنها به روش تيتراسيون تعيين گرديد و توسط آنها ميزان اکسيژن ترکيـب شـده بـا آهـن پس از سينترينگ به صورت زير محاسبه گرديد:

براي انجام آزمايشات استحکام از روش تامبلر بر اساس استاندارد ٩٧-ASTM E٢٧٩ استفاده گرديد.
آزمونهاي احياپذيري کلوخه هاي حاوي تالـک در يـک کـوره مـوفلي در دماهـايC°٩٥٠، C°١٠٥٠ وC°١١٥٠ و زمانهاي ٣٠، ٦٠ و ٩٠ دقيقه انجام گرديد . براي اين منظور، چند نمونه از کلوخه ها پـس از توزين ، درون بستري از کک غوطه ور شده و در داخل کوره قرار مي گرفت . پس از اتمام فرايند احيا، نمونه ها از کوره خارج شده و دوباره توزين مي شدند.
براي محاسبه ميزان احياء انجام گرفته در آزمونهاي احياپذيري فرض شد کـه در درجـه حرارتهـاي مـورد آزمايش ، ميزان احياء ساير اکسيدهاي موجود در کلوخه ناچيز بوده و بنابراين ميزان کـاهش وزن کلوخـه ها پس از احيا، تماما مربوط به خارج شدن اکسيژن موجود در اکسيدهاي آهن مي باشد. در نتيجه درصـد احياء نمونه ها پس از آزمايش به صورت زير تعيين گرديد:

W١ : وزن اوليه کلوخه ها.
W٢ : وزن کلوخه ها پس از احيا.

٣- يافته ها
علت انتخاب پودر تالک براي مطالعه خواص چسبانندگي آن در سينتر سازي، دارا بودن مقادير قابل توجه MgO، SiO٢ و خاصيت تورق اين ماده سيليکاتي است . بنابراين در بدو امر، به نظر مي رسد که استفاده از اين ماده بتواند موجب افزايش خاصيت استحکام کلوخه هاي توليدي شود. نمونه هـاي توليـدي داراي مشخصات ذکر شده در جدول ٣ بودند.
پودر تالک بسيار نرم بوده و تحت نيروهاي برشي اندک، صفـحـات آن دچـار لغـزش شـده و ايـن مــاده متــورق مي گردد. با توجه به اين که بنتونيت نيز داراي چنين خاصيتي مي باشـد، در نتيجـه ايـن احتمـال وجود دارد که پودر تالک نيز بتواند موجب ايجاد استحکام مناسب در کلوخه ها شود.
به علاوه، به علت وجود آب مولکولي در ساختار اين ماده سيليکاتي و همچنين تاثير آشکار اکسيدهاي سيليسيم و منيزيم بر خواص احياپذيري، با افزودن پودر تالک به مخلوط سينتر سازي، اين رفتار سينتر نيز دستخوش تغييرات زيادي خواهد شد. همچنين اين ماده به علت داشتن مقادير زياد سيليس در ساختار خود مي تواند به عنوان منبع اين ماده عمل کرده و در ايجاد بازيسيته مناسب در سرباره به کار گرفته شده و استفاده از مواد سيليس دار ديگر مانند کوارتز (در صورت استفاده) را مرتفع گرداند.
استفاده از تالک مي تواند اثرات منفي متعددي بر استحکام کلوخه ها داشته باشد زيرا ايـن مـاده بـه علـت دارا بودن دو اکسيد اسيدي و بازي، اثراتي پيچيـده بـر اسـتحکام کلوخـه هـا دارد کـه احتمـالا وابـسته بـه بازيسيته ، دماي سينترينگ و درصد پودر تالک است . در کلوخه هـاي فاقـد تالـک نـسبت MgO.CaO برابــر ٠.١٦ و در کلوخــه هــاي حــاوي شــش درصــد تالــک برابــر ٠.٢٧ مــي باشــد. افــزايش نــسبت MgO.CaO موجب کاهش هماتيت و افزايش پيوسته فاز مگنتيت مي گردد کـه بـا توجـه بـه اسـتحکام بيشتر فاز هماتيتي ، مي تواند اثر منفي بر کيفيت سينتر داشته باشد. همچنين MgO موجـب کـاهش ميـزان تشکيل فاز مذاب و در نتيجه کاهش فاز سرباره اي و استحکام ضعيف و چسبندگي کم دانه ها خواهد شد .[5]
اما نتايج حاصل از آزمايشات بر خلاف انتظار بيانگر بهبود خاصيت استحکام سينتر در اثـر افـزايش ميـزان تالک است که با نظريات تئوريکي ذکر شده متفاوت است .
جدول٣ نشان مي دهد که با افزودن اکسيد منيزيم ، کسر توده هـاي بـالاي ٨ ميليمتـر از ٧٨.٤ بـه ٨٣.٢ افزايش مي يابد.
جدول٣: مقايسه دانه بندي کلوخه هاي توليد شده بدون تالک و حاوي ٦ درصد تالک .

در کلوخه هايي که فاقد اکسيد منيزيم هستند، به خصوص کلوخه هايي که با انـديس بـازي بـالا و درجـه حرارت نسبتا پايين کلوخه سازي توليد شده اند، قسمتي از آهک به صورت ترکيب دي سيليکات کلسيم در مي آيد. دي سيليکات کلسيم به شکلهاي آلوتروپيک α و γ وجـود دارد. دي سـيليکات کلـسيم α در درجه حرارت C°٧٠٠- ٦٠٠ به شکل فيزيکي γ در مـي آيـد. در جريـان سـرد کـردن کلوخـه در ايـن محدوده دمايي ، شکل γ اين ترکيب به شکل α تبديل مي شود. اين تغيير شکل همراه با افـزايش حجمـي حدود ١٠ درصد مي باشد که باعث ترک خوردن و شکـسته شدن کلـوخه مــي گــردد. وجــود اکـسيد منيزيم در بار کلوخه موجب مي شود که مقداري سيليکات منيزيم نيز تشکيل گـردد و ايـن سـيليکات در حضور سيليکات کلسيم ، توليد سيليکاتهاي مضاعف کلسيم و منيزيم و ساير سيليکاتهاي پيچيده تر ديگـر شده و بدين ترتيب مانع از تشکيل سيليکات دي کلسيم در جريان سرد شدن مي گردد. بـا کـاهش ميـزان توليد سيليکات دي کلسـيم توسط اکسيد منيزيم ، از خرد شدن کلوخه ها جلوگيري شده و بنابراين ميـزان نرمه کلوخه هاي توليدي کم خواهد شد[٢و٥].
اضـافه شـدن MgO از طـريق تالـک به مخـلوط موجبکاهش ميزان فاز مذاب مـي شـود و بـه ايـن گونـه اثري دوگانه بر استحکام کلوخه ها خواهد داشت . زيرا از يک طرف به علت کم شدن فاز مـذاب اتـصال بين ذرات کاهش خواهد يافت و از طرف ديگر به علـت تـشکيل کمتـر فازهـاي مـذاب، در هنگـام سـرد شدن، انقباض کاهش يافته و از ايجاد تنش و ترک جلوگيري مي شود[١٤]. اضافه نمودن پودر تالک به مخلوط باعث وارد شدن مقادير قابل توجهي سيليس به بار کلوخه سـازي مـي شود. به علاوه، بـراي ثابـت ماندن ميـزان بازيسيته مخلوط، هنگام اضافه نمودن پودر تالک مقادير مناسـب اکسيد کلسيم نيز به مخلوط شارژ شد. بنابراين اضـافه شـدن اين دو اکسـيد موجــب ايجـاد مقـادير بيـشتر سرباره با نقطه ذوب پايين شده و در نتيجه مي

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید