Сущность и особенности производства чугуна. Основные пути и направления совершенствования и повышения экономической эффективности технологий подготовительно-обогатительного и металлургического производства

        оксидов железа, которые содержат  от 59,8 % до 69 % железа.

     4. Шпатовый  железняк – железная руда, основу  которой составляет минерал

        сидерит, содержащий 48,3 % железа.

   Кроме   перечисленных  четырех  разновидностей  железных  руд,  железо   в

значительном количестве (46,6 %) содержится в серном колчедане  или  пирите.

Однако пирит  в доменную плавку не дают, его используют в  качестве  сырья  в

сернокислотной  промышленности, а отходы в виде окисленного железа  применяют

при производстве агломерата. Также находят  промышленное  применение  бедные

железные руды: магнетитовые и гематитовые кварциты, в которых содержится  до

45 % кремнезема  в  виде  свободного  кварца.  Кварциты  обогащают,  получая

железнорудный концентрат, содержащий более 60 % железа.

      Критерием оценки железных руд  являются:

   1. Содержание  железа.

   2. Тип основного  железосодержащего минерала.

   3. Состав  и свойства пустой породы.

   4. Содержание  вредных примесей.

   5. Стабильность  химического состава.

   6. Восстановимость.

   7. Куксоватость.

   8. Прочность.

   9. Пористость.

  10. Влажность.

   В настоящее  время более 90 % добываемых руд  перед  загрузкой  в  доменные

печи подвергают специальной подготовке,  в  процессе  которой  перечисленные

выше характеристики руд значительно изменяются, однако многие из них  сильно

влияют на качество и свойства конечного продукта. При  оценке  железной  руды

прежде  всего  обращают  внимание  на  содержание  в  ней  железа,   которое

колеблется в  очень широких пределах. Чем выше содержание железа  в  железной

руде, тем экономичнее  и производительнее работает доменная печь.  К  богатым

рудам относят  руды, содержащие железа 60-68 %, к средним 50-60 % и к  бедным

40-50 %. Куксовые  руды с высоким содержанием  железа  могут  перерабатываться

в доменной печи без  предварительной подготовки, но таких  руд мало, и  они  в

основном используются при  выплавке  стали.  Используются  также  и  руды  с

содержанием железа менее  40  %.  Эти  руды  подвергают  обогащению.  Нижний

предел содержания железа в рудах определяется выгодностью  их использования.

   Флюсами  называются материалы, добавляемые  к железной руде и загружаемые  в

доменную  печь  для   понижения   температуры   плавления   пустой   породы,

ошлакования  золы  кокса  и  получения  жидкоподвижного  шлака   с   высокой

серопоглатительной  способностью.  В  качестве  флюса  выбирают  материал  с

химическими  свойствами,  противоположными   химическим   свойствам   пустой

породы. Так как  пустая порода руд преимущественно  кремнеземистая  (кислая),

то роль флюса  выполняют  основные  оксиды  CaO  и  частично  MgO.  Иногда  в

зависимости  от  состава  пустой  породы  флюсы  могут  быть   кислыми   или

глиноземистыми.  Оксид  кальция   входит   в   состав   минерала   кальцита,

называемого известняком. Кроме известняка, для руд с  кислой пустой  породой,

в качестве  флюса  используют  доломитизированный  известняк,  состоящий  из

смеси  кальцита  и  доломита.  Доломитизированный  известняк  применяют  для

улучшения подвижности  шлака, доводя содержание оксида марганца в шлаке до 6-

8 %.

   Важнейшим  требованием, предъявляемым к  основным флюсам,  является  низкое

содержание в  них кремнезема и глинозема и  вредных примесей серы и фосфора. 
 
 

                         1.3 Подготовка руд к плавке 
 

   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