Подготовка руд к доменной плавке

Производительность доменной печи, расход кокса и качество получаемого чугуна зависят от состава исходных материалов для плавки – железорудного сырья (агломерат, окатыши), кокса и флюсов. При увеличении содержания железа в железорудной части шихты, применении кокса определенной и равномерной кусковатости повышается производительность доменной печи, снижается расход кокса. Установлено, что в шихтовых материалах для доменной плавки оптимальное содержание железа должно быть на уровне 60-61% и выше. Однако содержание железа в добываемых рудах значительно ниже; кроме того, многие из них содержат вредные примеси, ухудшающие качество чугуна и стали, например серу, фосфор. Поэтому перед плавкой железные руды подвергают специальной подготовке, цель которой состоит в увеличении содержания железа в шихте, повышении ее однородности по кусковатости и химическому составу. Подготовка руды к плавке включает следующие основные стадии: дробление и сортировка по крупности; обогащение; окускование. Метод подготовки добываемой руды зависит от ее качества и физико-химических свойств (состав, прочность и др.).

Дробление и сортировка руд по крупности производят на специальных агрегатах – дробилках и классификаторах.

Руды обогащают для повышения содержания железа в шихте. В результате обогащения руды получают концентрат с высоким (более 60 %) содержанием железа (отходы - хвосты с небольшим содержанием железа). Способы обогащения руд основаны на использовании различия физических свойств минералов, входящих в состав руды: плотности ее составляющих, магнитной восприимчивости, физико-химических свойств поверхностей минералов.

Промывка руды водой позволяет отделить плотные составляющие рудных минералов от пустой рыхлой породы (песка, глины).

Гравитация ( отсадка) основана на отделении руды от легкой пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, на котором лежит руда. При этом легкие зерна пустой породы вытесняются в верхний слой и уносятся водой, а тяжелые, содержащие рудные минералы, опускаются вниз. Применяют также гравитационное обогащение в тяжелых средах: руду погружают в жидкость, плотность которой выше плотности пустой породы. Рудный минерал осаждается на дно, а пустая порода всплывает и удаляется.

Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы, отделяя их от пустой породы. Этим способом обогащают магнетитовые руды, содержащие Fe₃O₄. Для обогащения бурых железняков их подвергают магнетизирующему обжигу при 600 - 800° С в печах с слабовосстановительной атмосферой. В результате слабомагнитная окись железа Fе₂О₃ переходит в магнитную закись - окись Fe₃O₄. После такого обжига руду направляют на магнитную сепарацию.

Окускование производят для превращения концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров. Используют два способа окускования - агломерацию и окатывание.

Агломерация заключается в спекании шихты, состоящей из железорудного концентрата (40…50 %), известняка (15 … 20 %), возврата мелкого агломерата (20… 30 %), коксовой мелочи (4 … 6 %), влаги (6…9 %) на специальной машине. Эти материалы смешиваются с измельченным твердым то­пливом (коксом, углем), увлажняются и подаются в агломерационную машину. Спекание выполняют на агломерационных машинах при 1300…1500 °С. В процессе спекания из руды удаляются вредные примеси (сера, частично мышьяк), карбонаты разлагаются и получается кусковой пористый офлюсованный материал - агломерат.

Агломерационная машина ленточного типа состоит из большого числа паллетспекательных тележек с отверстиями в днище, двигающихся по направляющим рельсам (рис. 2). В загруженной паллете после зажигания газовыми горелками начинается горение топлива, причем фронт горения распространяется сверху вниз. Воздух просасывается сквозь слой шихты благодаря действию специальных вакуумных устройств, называемых эксгаустерами. Температура в слое шихты достигает 1300…1600 °С.

Рис. 2. Схема агломерационной машины:

Более подробная схема:

В результате восстановления оксидов железа в присут­ствии кремнезема образуется фаялит Fе₂SiO₄ по реакции

2Fе₃0₄ + 3SiО₂ + 2СО = 3Fе₂SiO₄ + 2СO₂.

В зоне горения фаялит, имеющий температуру плавления 1209 °С, плавится и смачивает зерна шихты, благодаря чему при охлаждении образуется твердая пористая масса — агломерат. Агломерат имеет вы­сокую пористость (до 50 %) и хорошую восстановимость. Кроме того, в процессе спекания почти полностью выжигается сера, которая удаляет­ся в виде сернистого газа.

В металлургии обычно используют офлюсо­ванный агломерат, для чего в шихту дополнительно вводят известняк. Это позволяет существенно сократить и даже полностью отказаться от загрузки в печь дополнительных флюсов (доломит, известняк, плавиковый шпат и др.) для получения шлаков заданного оптимального состава (основности).

Окатывание применяют для получения из тонко измельченных концентратов окатышей (прочные тела круглой формы крупностью /диаметром/ 10…30 мм, пригодные для загрузки в доменную печь). Шихта, состоящая из измельченных концентратов, флюса, топлива, увлажняется и при обработке во вра­щающихся барабанах, тарельчатых чашах (грануляторах) приобретает форму шариков-окатышей диаметром до 30 мм. Окатыши высушивают и обжигают при 1200…1350 °С на специальных машинах (рис. 3).

После обжига окатыши приобретают высокую прочность при достаточной пористости. Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса - известняка в доменную печь при плавке, так как флюс в необходимом количестве входит в их состав. Это улучшает работу доменной печи, повышает ее производительность, снижает расход кокса. Шихта состоит из тонкоизмельченного концентрата (меньше 0,5 мм), известняка (флюса) и возврата (отбракованных окатышей). Для лучшего окатывания шихту увлажняют (8…10 %) и в ее состав добавляют связующее – бентонитовую глину (до 1,5 %). Образование окатышей диаметром 25…30 мм происходит в грануляторе – вращающейся со скоростью 6…9 об/мин неглубокой чаше. Далее окатыши подвергают сушке при температуре 200…400 °С, а затем обжигу при 1300…1400 °С, после чего они приобретают высокую прочность.

Дата добавления: 2014-10-22