МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ РІДКОЇ ФАЗИ В БРИКЕТОВАНІЙ ШИХТІ, НЕОБХІДНОГО ДЛЯ ОТРИМАННЯ ПРЕСОВОК З МАКСИМАЛЬНОЮ МІЦНІСТЮ

Анотація

Співробітниками Інституту чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України (ІЧМ) ведуться дослідження, спрямовані на розробку аналітичних методів прогнозування міцнісних характеристик брикетів, в рамках яких на основі аналізу механізмів міжфазних взаємодій у сипучих середовищах сформовані теоретичні уявлення про утворення міцнісних зв’язків у брикетах за рахунок адгезійного зчеплення. Це дозволило створити локальні моделі адгезійних процесів для двох базових схем міжчастинкової взаємодії: “частинка + частинка” та “частинка + рідка фаза + частинка”. Проведені на лабораторній базі ІЧМ експериментальні дослідження для схеми міжчастинкової взаємодії “частинка + частинка” склали основу для розробки методу прогнозування характеристик міцності брикетів, отриманих з дрібнофракційних матеріалів з нульовою вологістю в технологічному діапазоні тиску брикетування від 50 до 220 МПа. В першій частині даної статті обґрунтовано методологічні умови експериментів з дослідження міцнісних зв’язків в об’ємі пресовок для схеми міжчастинкової взаємодії “частинка + рідка фаза + частинка”, сформованих з урахуванням особливостей комплексу механічних, фізичних та фізико-хімічних процесів взаємодії як між окремими частинками матеріалу, так і між компонентами, що входять до складу шихти (рідкої фази). Узагальнений аналіз результатів експериментальних досліджень дозволив оцінити спектр можливих адгезійних процесів, властивий схемі міжчастинкової взаємодії “частинка + рідка фаза + частинка”, локалізацію їх прояву, вивчити природу їх взаємодії, а також оцінити вплив введення рідкої фази в брикетовану шихту з урахуванням прикладених тисків пресування. В рамках цієї статті проаналізовано експериментальні дані для схеми міжчастинкової взаємодії “частинка + рідка фаза + частинка”, що дозволило встановити аналітичні залежності характеристик міцності пресовки від інтегральних показників механізму формування адгезійних зв’язків (зокрема, залежність насипної щільності (r₀) від вмісту вологи (W_в) для матеріалів першої групи систематизації). Також вперше встановлено аналітичну залежність коефіцієнта ущільнення пресовки, отриманої при тиску пресування Р = = 220 МПа (К_у пр220), з урахуванням її розущільнення, від зміни насипної щільності матеріалів (r₀), що належать до першої групи систематизації. Аналіз отриманих ре- зультатів дозволив сформулювати гіпотезу про те, що для отримання пресовок з мак­симальною міцністю вміст рідкої фази (зокрема, води), яку вводять в матеріал, має обмежуватися можливим її видавлюванням в процесі пресування. Спираючись на умови висунутої гіпотези, вперше виведено рівняння, яке дозволяє розрахувати кількість рідкої сполучної речовини (води), що забезпечує найбільш сприятливі умови для перебігу сукупності адгезійних процесів і, як наслідок, максимальну міцність пресовок, отриманих із матеріалів першої групи систематизації. Порівняльний аналіз експериментальних та розрахункових даних підтвердив правильність отриманого рівняння. Це дозволило запропонувати аналітичний метод визначення вмісту вологи в шихті, необхідного для отримання пресовок з максимальними характеристиками міцності з матеріалів, що належать до першої групи систематизації (r_пікн ≥ 4,64 × 10^–3).