Необходимость подготовки руд к доменной плавке обуславливается

стремлением улучшить технико-экономические показатели работы доменных печей

и использовать для получения чугуна сравнительно бедные железные руды.

Чем выше содержание железа в шихте и лучше ее газопроницаемость, тем выше

производительность печи, ниже расход кокса и флюсов и лучше качество

чугуна.

Повышения содержания железа в доменной шихте достигают обогащением

железных руд, а улучшения газопроницаемости шихты в доменной печи –

окуксованием мелких железных руд и концентратов. Расчетами и опытом

установлено, что при повышении содержания железа в руде на 1 %

производительность печи возрастает на 2,0 – 2,5 %, а расход кокса снижается

на 1,4 – 2 %.

Дробление

Руда может быть в виде кусков до 1500 мм при открытой добыче и до 300 мм

при подземной добыче. Дробление руд применяется как самостоятельная

операция для получения кусков руды требуемого размера и как вспомогательная

операция при обогащении руд для разрушения механических связей между

железосодержащим минералом и пустой породой. В зависимости от крупности

руды после дробления различают четыре стадии дробления:

1. Крупное (размер кусков после дробления 100-300 мм).

2. Среднее (40-60 мм).

3. Мелкое (8-25 мм).

Процесс дробления характеризуется степенью и эффективностью дробления.

Степень дробления определяют отношением максимальных размеров кусков до и

после дробления:

i = D/d,

где i – степень дробления; D и d – максимальный размер кусков до и после

дробления соответственно.

Эффективность дробления определяют выходом дробленого материала на

единицу израсходованной электроэнергии. Дробление – наиболее дорогая

операция в системе подготовки руд.

Мелкое и тонкое дробление называют измельчением и применяют только для

руд, идущих на обогащение. Крупное, среднее и мелкое дробление осуществляют

преимущественно в конусных дробилках.

Грохочение

Грохочением называется разделение руды на классы по крупности. Для руд,

поступающих на металлургический завод без обогащения, грохочение является

самостоятельной и очень важной операцией, в процессе которой выделяют

мелкую руду (0-10 мм) для агломерации, а крупную (более 10 мм) сортируют на

два класса: доменную (10-30 мм) и мартеновскую (30-80 мм).

При обогащении руд на обогатительных фабриках грохочение является

вспомогательной операцией, совмещаемой с дроблением руд. Это позволяет

загружать в дробильные устройства только те фракции, которые подлежат

дроблению, а следовательно, уменьшить расход электроэнергии на дробление,

повысить производительность дробильных устройств и качество дробления.

Грохочение руд осуществляется на механических ситах.

Усреднение

Железные руды по условиям залегания и добычи всегда имеют непостоянный

химический состав. Значительные и частые колебания содержания железа и

пустой породы в рудах вызывают нарушение теплового состояния доменной печи

и химического состава шлака. Это приводит к нарушению ровного хода печи,

при котором неизбежны повышение расхода кокса, снижение производительности

печи и ухудшение качества выплавляемого чугуна.

Чтобы уменьшить отрицательное влияние непостоянства химического состава

руд на показатели доменной плавки, руды подвергают усреднению. Усреднением

называют перемешивание железорудных материалов с целью выравнивания

химического и гранулометрического составов. В связи с тем, что почти все

добываемые руды подвергают окуксованию, основное назначение усреднения

состоит прежде всего в уменьшении колебаний содержания железа и кремнезема

в рудах. Необходимо добиться такого усреднения руд, при котором колебания

содержания железа и кремнезема в руде не превышали бы (0,5 % от среднего

значения.

Обогащение

Обогащением называется процесс разделения рудного минерала и пустой

породы с целью повышения содержания металла в руде и уменьшения содержания

пустой породы, а в некоторых случаях и вредных примесей. Все способы

обогащения основаны на различии физических свойств рудных минералов и

пустой породы. В результате обогащения руды получают:

1. концентрат – продукт, в котором содержится большая часть извлекаемого

металла;

2. хвосты – отходы при обогащении руды, в которых содержится

незначительное количество металла;

3. промежуточный продукт, в котором содержание металла больше, чем в

хвостах и меньше, чем в концентрате.

Промежуточный продукт подвергают повторному обогащению.

В зависимости от метода обогащения и устройства аппарата степень

извлечения железа при обогащении железных руд может изменяться от 60 до 95

%. Различают пять основных методов обогащения руд:

1. рудоотборка, основанная на различии цвета и блеска кусков рудного

минерала и пустой породы;

2. промывка, основанная на разной размываемости кусков рудного минерала

и пустой породы;

3. гравитационное обогащение – разделение в жидкой среде рудных минералов

и пустой породы в зависимости от плотности зерен;

4. флотация – метод обогащения, основанный на различии физико-

механических свойств поверхности частиц рудного минерала и пустой

породы;

5. магнитная сепарация (самый распространенный метод обогащения),

основанная на различии магнитных свойств минерала и пустой породы.

1.4 Окуксование руд

Окуксованием железных руд называются процессы превращения мелких руд и

концентратов в кусковые материалы с целью улучшения хода металлургических

процессов в печах различного типа для получения металлов из руд.

Окуксование руд широко применяется в металлургии черных и цветных металлов.

В металлургии черных металлов окуксованию подлежат все мелкие руды и

концентраты, из которых получают металл в доменном, сталеплавильном и

электрометаллургическом производствах.

В доменном производстве окуксованием железорудного сырья достигают:

1. уменьшения выноса газовым потоком мелких фракций руды из доменной

печи;

2. повышения газопроницаемости столба шихтовых материалов;

3. улучшения использования тепловой энергии и восстановительной

способности газового потока;

4. улучшения протекания процессов восстановления, шлакообразования и

перевода серы в шлак.

В итоге окуксование сырья позволяет значительно увеличить

производительность доменных печей, сократить расход кокса и повысить

качество чугуна.

Существует три метода окуксования руд и концентратов:

1. агломерация (процесс спекания мелких руд и концентратов путем сжигания

топлива в слое спекаемого материала или подвода высокотемпературного

тепла извне);

2. окатывание (процесс получения из концентрата сырых шаров диаметром 10

– 25 мм и последующего их обжига при температуре 1200 – 1350( С);

3. брикетирование (процесс прессования пылеватых руд и концентратов в

куски одинаковой формы с добавкой или без добавки связующих веществ).

В черной металлургии наибольшее распространение получила агломерация и

окатывание руд.

2. Доменный процесс

2.1 Общая схема и сущность доменного процесса

Доменный процесс представляет собой совокупность механических, физических

и физико-химических явлений, протекающих в работающей доменной печи.

Загружаемые в доменную печь шихтовые материалы – кокс, железосодержащие

компоненты и флюс – в результате протекания доменного процесса превращаются

в чугун, шлак и доменный газ.

В химическом отношении доменный процесс является восстановительно-

окислительным: из оксидов восстанавливается железо, а окисляются

восстановители. Однако доменный процесс принято называть восстановительным,

так как цель его состоит в восстановлении оксидов железа до металла.

Агрегатом для осуществления доменного процесса служит печь шахтного типа

(см. приложение 2). Рабочее пространство доменной печи в горизонтальных

сечениях имеет круглую форму, а в вертикальном разрезе – своеобразное

очертание, называемое профилем.

Важнейшим условием осуществления доменного процесса в рабочем

пространстве печи является непрерывное встречное движение и взаимодействие

опускающихся шихтовых материалов, загружаемых в печь через колошник, и

восходящего потока газов, образующегося в горне при горении углерода кокса

в нагретом до 1000 – 1200( С воздухе (дутье), который нагнетается в верхнюю

часть горна через расположенные по его окружности фурмы. К дутью может

добавляться технический кислород, природный газ, водяной пар.

Кокс поступает в горн нагретым до 1400 – 1500( С. В зонах горения углерод

кокса взаимодействует с кислородом дутья. Образующийся в зонах горения

диоксид углерода при высокой температуре и избытке углерода неустойчив и

превращается в оксид углерода. Таким образом, за пределами зон горения

горновой газ состоит только из оксида углерода, азота и небольшого

количества водорода, образовавшегося при разложении водяных паров или

природного газа. Смесь этих газов, нагретая до 1800 – 2000( С , поднимается

вверх и передает тепло материалам, постепенно опускающимся в горн

вследствие выгорания кокса, образования чугуна и шлака и периодического

выпуска их из доменной печи. При этом газы охлаждаются до 200 – 450( С, а

оксид углерода, отнимая кислород из оксидов железа, превращается частично в

диоксид углерода, содержание которого в доменном газе на выходе из печи

достигает 14 – 20 %.

Шихтовые материалы загружают в доменную печь при помощи засыпного

аппарата отдельными порциями – подачами. Они располагаются на колошнике

чередующимися слоями кокса, руды или агломерата и флюса при работе на не

полностью офлюсованном агломерате. Загрузку подач производят через 5 – 8

мин. по мере освобождения пространства на колошнике в результате опускания

материалов.

В процессе нагревания опускающихся материалов происходит удаление из них

влаги и летучих веществ кокса и разложение карбонатов. Оксиды железа под

действием восстановительных газов постепенно переходят от высших степеней

окисления к низшим, а затем – в металлическое железо по схеме: Fe2O3 (

Fe3O4 ( FeO ( Fe.

Свежевосстановленное железо заметно науглераживается еще в твердом

состоянии. По мере науглераживания температура плавления его понижается.

При температуре 1000 – 1100( С восстановление железа почти заканчивается и

начинают восстанавливаться более трудновосстановимые элементы – кремний,

марганец и фосфор. Науглероженное железо, содержащее около 4 % углерода и

некоторое количество кремния, марганца и фосфора, плавится при температуре

1130 – 1150( С и стекает в виде капель чугуна в горн. В нижней половине

шахты начинается образование жидкого шлака из составных частей пустой

породы руды и флюса. Понижению температуры плавления шлака способствуют

невосстановленные оксиды железа и марганца. В стекающем вниз шлаке под

действием возрастающей температуры постепенно расплавляется вся пустая

порода и флюс, а после сгорания кокса – и зола.

При взаимодействии жидких продуктов плавки с раскаленным коксом в

заплечиках и горне происходит усиленное восстановление кремния, марганца и

фосфора из их оксидов, растворенных в шлаке. Здесь же поглощенная металлом

в ходе плавки сера переходит в шлак. Железо и фосфор печи полностью

восстанавливаются и переходят в чугун, а степень восстановления кремния и

марганца и полотна удаления из чугуна серы в большой мере зависят от

температурных условий, химического состава шлака и его количества.

Жидкие чугун и шлак разделяются в горне благодаря различным удельным

массам. По мере скопления их в горне чугун выпускают через чугунную летку,

а шлак – через шлаковые летки (верхний шлак) и чугунную летку во время

выпуска чугуна (нижний шлак).

Все перечисленные процессы протекают в доменной печи одновременно,

оказывая взаимное влияние.

2.2 Распределение и движение газов и шихты в доменной печи

Газовый поток

Высокопроизводительная и экономичная работа доменной печи в значительной

мере зависит от того, как организовано движение и распределение газов и

Страницы: 1, 2, 3