Материалы, применяемые для производства черных металлов Сырые материалы (полезные ископаемые) Специально приготовленные материалы Отходы металлургическо- го производства Руды, топливо и флюсы Агломерат, металлизованные окатыши, брикеты Сталеплавильная пыль и шлак, окалина печей и др.
это 1) полезное ископаемое, добываемое из недр земли; 2) горная порода или минеральное вещество, из которого при данном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать металлы или их соединения. Целесообразность определяется содержанием ценных металлов - браковочным пределом по извлекаемому металлу. Величины браковочного передела: Fe - 30-60 %, Cu - 3-5 %, Ni - 0,3-1,0 %, Mo - 0,005-0,02%. Руда
Название руд - по 1 или неск. Ме Fe Cu Al Mn Cu - Ni Cu-Co-Ni Железные руды
Основные железосодержащие минералы, имеющие промышленное значение: магнитный оксид Fe 3 O 4 (72,4 % Fe ), безводный оксид Fe 2 O 3 (70 % Fe ), водный оксид mFe 2 O 3. nH 2 O с различным количеством воды (52,3—62,9 % Fe ), карбонат железа Fe СО 3 (48,3 % Fe ).
Магнетит ( Fe 3 O 4 ) - магнитный оксид железа. Руда, содержащая в основном Fe 3 O 4 - магнитный железняк (магнетитовая руда) – для обогащения применяют электромагнитное обогащение (эффективное и распространенное). Магнетит (Fe 3 O 4 ) Fe 3 O 4 - это соединение FeO ∙ Fe 2 O 3 (31,04 % FeO и 68,96 % Fe 2 O 3.
Гематит ( Fe 2 O 3 ) - безводный оксид железа. Руда, содержащая в основном Fe 2 O 3 - красный железняк (гематитовая руда) – продукт выветривания магнитных железняков (1 до 8 % Fe 3 O 4 ) Гематит (Fe 2 O 3 )
Водные оксиды Fe Лимонит 2 Fe 2 O 3 ∙ 3H 2 O Гётит Fe 2 O 3 ∙ H 2 O Руда - называется бурыми железняками – продукт выветривания и окисления железных руд других типов
Сидерит - карбонат железа FeCO 3 (48,3 % Fe ). Руда, содержащая FeCO 3 - шпатовый железняк (плотные и крепких горные породы или глинистые железняки). Рудные примеси Полезные V, Ti Вредные S, P, As, Zn, Cu Пустая порода SiO 2, Al 2 O 3, СаО, MgO
Температура плавления оксидов пустой породы S i0 2 - 1710 о С А l 2 0 3 - 2050 о С СаО - 2570 о С М g 0 - 2800 ° C Значительно > температуры сталеплавильного шлака (1450 – 1600 о C ) При определенном %- ом соотношении образуются легкоплавкие составы (Т пл <1300 о С) Флюс – материал для перевода пустой породы в шлак определенного состав Основной флюс — известняк (СаСО 3 ), или доломитизированный известняк (+ MgCO 3 )
Кокс – пористый материал из спекшейся углеродной массы - продукт прокаливания каменного угля без доступа воздуха при Т = 1100 – 1150 о С. Химический состав: 83 - 88% С; 8 -13 % золы; 0,7 - 1,5 % летучих; 0,5 - 5 % Н 2 О; 0,4 - 1,8 % S ; 0,02 - 0,05 % Р) Основные свойства кокса Высокая прочность Малое сод-ние золы ( SiO 2 и А l 2 О 3 ) Неспекае- мость Опред. размер (25-60 мм) Малое сод – ние влаги
Получение кокса Общий вид коксовой батареи 1 - приемный бункер для сырого каменного угля; 2 - конвейер, 3 - рампа выгрузки охлажденного кокса; 4 – тушильный вагон; 5 - кокс; 6 - регенераторы; 7 - камера коксования; 8 - штанга коксовыталкиватееля; 9 - коксовыталкиватель; 10 — отвод коксового газа; 11 - загрузочный вагон; 12 - распределительная башня; 13 - тушильная башня; 14 - отделение для дробления и смешивания угля Получают в коксовых печах – камерах из динасового кирпича, объединенных в коксовые батареи (по 60—80 параллельно расположенных камер).
Схематический разрез коксовой батареи: 1 - регенераторы; 2 - обогреваемые вертикалы; З - обводной канал; 4 - отверстия для загрузки шихты; 5 – камера коксования Отопление – доменным и коксовым газами - сжигаются между камерами (вертикалях). Воздух и доменный газ подогревают в регенераторах – спец. камерах из решетчатой кладки – генерируют тепло. Технологические операции получения: дробление – смешение разл. углей – помол (3 мм) – распределительная башня – коксование (14,5 – 16 ч) – тушение кокса – выгрузка на конвейер – доставка в цех
Разновидности тушения кокса Сухое – N 2 Мокрое – Н 2 О а) уменьшается растрескивание; б) снижается влажность; в) тепло нагретого N 2 используется для выработки пара «Грязный» коксовый газ Химические цеха - очистка и извлечение смол, NH 3, C 6 Н 6 Коксовый газ %: 56-60 Н 2 ; 23-26 СН 4 ; 2-4 С m Н n ; 5—7 СО; 2—3 СО 2 ; 3—7 N 2. Q н р = 16,8 - 18,4 МДж/м 3 Отопление нагревательных печей
Другие виды топлива Природный газ (90 – 98% СН 4 и С 2 Н 6, 1% N 2 ) Мазут ( 84-88% С, 10-12% Н 2, 0,3-0,5% О 2, 0,5-4% S. Пылевидное топливо молотый каменный уголь
Методы подготовки железных руд к доменной плавке. дробление; сортировка; обогащение; усреднение; окускование. Дробление - процесс уменьшения размеров руды под действием внешних сил (часто дополняют процессом измельчения руды) Цель: придание кускам определенной крупности.
Методы дробления: а) раздавливанием, б) истиранием, в) раскалыванием, г) ударом д) сочетанием Стадии дробления крупное - от 1200 мм до 100 - 350 мм среднее – от 100 - 350 до 40 - 60 мм мелкое – от 40 - 60 до 6 - 25 мм измельчение – от 6 - 25 до 1 мм, тонкое измельчение – менее 1 мм
Мельницы – применяют для тонкого измельчения. Бывают шаровыми (а) и бесшаровыми (б) Шаровая мельница (а) и мельница для бесшарового помола (б)
Грохочение и классификация Грохочение - разделение материалов на классы крупности при помощи решеток или механических сит. Гидравлическая (воздушная классификация ) - разделение в воде или воздухе на основе разности скоростей падения зерен различной крупности Самобалансный грохот Самоцентрирующийся инерционный грохот
Обогащение Обогащение руд - процесс обработки полезных ископаемых, целью которого является повышение содержания полезного компонента. Продукты обогащения Концентрат – готовый продукт, более богатый по содержанию определенного металла Хвосты - остаточный продукт, более бедный, чем исходная руда.
Способы обогащения Промывка - процесс разрушения и диспергирования глинистых и песчаных пород руды. Применяют для руд с плотными разновидностями минералов, не размываемых водой, и с рыхлой пустой породой. Коническая бутара Выход годного концентрата 75 %, сод-ние Fe хвостах (25-26 %).
Схема корытной мойки Более совершенной является корытная мойка, которая представляет собой наклонное корыто длиной 2,6—7,8 м, шириной 0,8—2,7 м и глубиной в нижней части до 2,1 м. Степень извлечения Fe - 85—89 %.
Гравитация. При гравитационном обогащении минералы разделяются по плотности. Гравитация может быть воздушной или мокрой.
Магнитная сепарация. Наиболее распространенным способом обогащения железных руд является магнитная сепарация, основанная на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы.
Флотация. Под флотацией понимают метод обогащения, основанный на различии физико-химических свойств поверхностей различных минералов. Для обогащения руд применяют только пенную флотацию.
Окускование железорудного сырья Окускование — процесс превращения мелких железорудных материалов (руд, концентратов, колошниковой пыли) в кусковые. Виды окускования: 1) агломерация, 2) окомкование Агломерация - процесс окускования в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала. Продукт спекания (агломерации) — агломерат - кусковой пористый офлюсованный продукт черного цвета. При агломерации удаляются S и As
Шихта агломерации и ее подготовка. Компоненты Содержание, % Железосодержащие материалы (руда, концентрат, колошниковая пыль) крупностью не более 8 мм 40-50 Известняк крупностью не более 3 мм 20—30 Возврат (мелкий агломерат) крупностью не более 10 мм 20—30 Топливо крупностью не более 3 мм (коксовая мелочь) 4—6 Влага 6-9
а – начало процесса; б — промежуточный момент; в — конечный момент; А — агломерат; Ш — шихта
Процесс спекании агломерата загрузка «постели» (возврат крупностью 10-25 мм) высотой 30—35 мм; загрузка шихты (250—350 мм), создание разрежения (около 7-10 кПа); нагрев зажигательным устройством верхнего слоя (до 1200-1300 о С); продвижение зоны горения вниз (скорость 20-30 мм/мин.); разложение СаСО 3 = СаО + СО 2, восстановление Fe x O y до FeO ; химическое взаимодействие между СаО, FeO, SiO 2, Fe 3 O 4, Fe 2 O 3, Al 2 O 3 и др. – образование легкоплавких (жидких) соединений; охлаждение верхних слоев просасываемым воздухом (затвердевание и образование агломерата); 8) длительность образования агломерата 8-12 минут.
Основные химические реакции, протекающие при агломерации С + 0,5О 2 = СО; С + О 2 = СО 2. Отношение СО 2 :СО равно 4 – 6 3 Fe 2 O 3 + СО = 2 Fe 3 O 4 + СО 2, 6 Fe 2 O 3 → 4 Fe 3 O 4. 3 Fe 3 O 4 + СО = 3 FeO + СО 2. СаСО 3 → СаО + СО 2, 3 FeS 2 + + 2О 2 = Fe 3 O 4 + 6 SO 2. CaSO 4 = СаО + SO 3 ; BaSO 4 = BaO + SO 3.
Офлюсованный агломерат разных заводов содержит, %: Fe общ 47—58; FeO 9-17; М n 0,2-0,6; SiO 2 8-13; А l 2О3 1,0-2,5; СаО 8-17; MgO 1-3; S 0,03-0,1.
Производство агломерата ведут на агломерационных фабриках, в состав которых входят комплекс оборудования для подготовки шихты, ленточные (конвейерные) агломерационные машины и комплекс оборудования для дробления.
Основные преимущества офлюсованного агломерата: 1. Исключение эндотермических реакций разложения карбонатов в доменной печи (снижение расхода кокса); 2. Улучшение восстановительной способности газов в доменной печи (уменьшение образования СО 2 ); 3. Улучшение восстановимости агломерата 4. Улучшение процесса шлакообразования 5. Уменьшение числа материалов, загружаемых в доменную печь.
Производство окисленных окатышей. Новый путь окускования – окатывание (окомкование) – используется тонкоизмельченный концентрат (менее 0,07 мм) Окатыши меньше разрушаются при перевозке, чем агломерат, особенно офлюсованный. Стадии процесс производства окатышей: а) получения сырых (мокрых) окатышей; б) упрочнения окатышей (подсушка при 300-600 и обжиг при 1200-1350 °С).
Исходная шихта для производства окисленных окатышей: - возврат (некондиционные окатыши), - концентрат, - случае производства офлюсованных окатышей известняк, - свящующее вещество, обычно бентонит (мелкодисперсная глина) в количестве 0,5—1,5 % и вод в количестве 8—10%. Схема производства окисленных окатышей
1 – конвейер уборки окатышей; 2 — чаша; З — конвейер подачи шихты; 4 — скребки При круговом движении шихта при помощи связующего вещества и воды постепенно превращается в гранулы – комки. При этом из гранулятора разгружаются только комки, достигшие определенного размера (шарики диаметром 10—20 мм).
Сырые окатыши подаются на обжиговую машину. Зоны обжиговой машины - сушки, обжига и охлаждения. Зона обжига составляет около 50 % от общей площади машины. В зоне сушки окатыши подогревают до 250—400 °С газами, поступающими из зон обжига и охлаждения. В зонах обжига окатыши нагреваются до 1200—1350 °С продуктами горения газообразного или жидкого (мазута) топлива. В зоне охлаждения окатыши охлаждаются воздухом.
Основная цель обжига окатышей сводится к упрочнению их до такой степени, чтобы они в дальнейшем выдерживали транспортировку, перегрузки. Свойства окатышей. В нашей стране производят неофлюсованные окатыши и офлюсованные с основностью 0,4—1,25. Окатыши разных заводов содержат, %: Fe 58—67; SiO 2 3,3-12; CaO 0,1-4,8; Al 2 O 3 0,2-1,1; MgO 0,2-1,1; S 0,001-0,08; P 0,007-0,01. Крупность окатышей должна составлять 5—18 мм, допускается содержание не более 3 % фракций крупностью менее 5 мм.
