Сырье для производства чугуна и его подготовка

Производство чугуна

Исходными материалами для производства чугуна являются руды, топливо и флюсы. Основным видом сырья являются желез­ные руды, которые представляют горные породы, содержащие глав­ным образом химические соединения железа с кислородом, и пус­тые породы, состоящие из кремнезема (SiO2), глинозема (А12Оз), оксидов кальция (СаО), магния (МgО) и др.

Ценность железной руды определяется содержанием в ней же­леза, степенью восстановимости, видом и составом пустых пород, содержанием вредных примесей. С повышением содержания железа в исходном сырье снижаются затраты на подготовку руды, увеличи­вается производительность доменных печей, уменьшается расход кокса. Это в конечном итоге ведет к снижению стоимости выплавки чугуна.

Экономичность процесса плавки зависит также от степени вос­становимости оксидов железа, содержащихся в руде. При исполь­зовании трудновосстановимых руд возрастает удельный расход топлива и увеличивается длительность плавки.

Наличие в рудах вредных примесей (серы, фосфора и др.) обус­ловливает ухудшение качества получаемого чугуна, необходимость дополнительных затрат по их удалению.

Промышленное значение имеют следующие виды железных руд:

магнитный железняк, содержащий 45...70 % железа в виде оксидов двух- и трехвалентного железа Fе2Оз, Fе3О4. В руде мало вредных примесей, она обладает магнитными свойствами, трудно восстанавливается. Цвет руды темный: от серого до черного. Место­ рождения этих руд находятся на Урале, в Сибири и Казахстане;

красный железняк с 55...60% железа в виде оксида Fе2Оз, практически без вредных примесей, легко восстанавливаемый. Цвет руды от вишнево-красного до темно-серого. Основные место­рождения этих руд расположены на Украине (Криворожское), Курской и Белгородской областях;

бурый железняк, 35...50 % железа в виде кристаллогидрата оксида 2Fе2О(1-ЗН2О). Руда бурого цвета, характеризуется значи­тельным содержанием вредных примесей, легко восстанавливается. Основные месторождения расположены на Украине, в Казахстане
и на Урале;

шпатовый железняк, содержание железа в котором в виде его карбоната (FеСОз) составляет 30...45 %. Цвет руды желтовато-бурый, сероватый, иногда с бурым или зеленоватым оттенком.
Месторождения этих руд расположены на Урале и в Кировской области.

Железные руды, кроме основного компонента, содержат никель, ванадий, кобальт и другие элементы. При доменной плавке они переходят в чугун, легируют его и улучшают физико-химические свойства. При значительном содержании указанных элементов ста­новится возможным и экономически целесообразным их попутное извлечение. Указанные руды называют комплексными. К ним отно­сятся хромоникелевая железная руда, ванадистые титаномагнети-товые руды и хромистый железняк.

Кроме железных руд, для выплавки чугуна используются желе­зосодержащие отходы мартеновского производства, а также мар­ганцевые руды (при выплавке ферросплавов).

Источником тепла для расплавления руды служит топливо. Оно участвует также и в химических реакциях, протекающих в доменной печи. В качестве топлива при производстве чугуна используются кокс и природный газ. Кокс получают из коксующихся углей путем их нагрева в специальных печах до 1000...1100 °С без доступа воз­духа. Удельная теплота сгорания каменноугольного кокса дости­гает 27,2...31,4 МДж/кг.

Эффективным заменителем кокса является природный газ. Расширение его применения способствует более рациональному использованию кокса, уменьшению его расхода. Последнее суще­ственно сказывается на снижении себестоимости чугуна, так как стоимость газа значительно ниже стоимости кокса.

В число сырых материалов при выплавке чугуна входят флюсы, представляющие минеральные вещества, добавляемые в шихту для снижения температуры плавления пустой породы и удаления в виде шлака ненужных компонентов (золы, серы, пустой породы). Пустые породы железных руд в основном состоят из кислых оксидов. Поэтому в качестве флюсов применяется известняк (СаСO3), доло­мит (СаСОз-МgСО3), основной мартеновский шлак и др. Если пустая порода железных руд содержит больше основных оксидов, то в качестве флюсов используются кремнезем, кварц и др.

Руда, топливо и флюсы, взятые в определенных дозах (по массе), называются шихтой. Для обеспечения более полного использования полезного объема доменных печей, сокращения расхода топлива и флюсов, а следовательно, получения высококачественного чугуна наиболее низкой себестоимости необходима подготовка шихтовых материалов к плавке.

Прежде всего подготовке подвергают руду. Она должна иметь требуемый состав и определенный размер кусков (20...40 мм). (, этой целью на железорудных предприятиях и металлургических заводах проводится усреднение руд по химическому составу. В свою очередь мелкие и пылевидные фракции подвергаются окускованию, и крупные — дроблению.

Переработка железных руд с небольшим содержанием железа (от10...46 %) характеризуется значительным увеличением расхода топлива, флюсов, снижением производительности доменных печей и в конечном итоге увеличением себестоимости чугуна. Поэтому бедные руды подвергают обогащению, в процессе чего удаляют значительную часть пустой породы, а в получаемом концентрате значительно возрастает содержание основного компонента - железа.

В зависимости от характера и свойств руды применяют и соответствующий способ ее обогащения (гравитационный, магнитный флотационный и др.). Например, для руд, содержащих песчано- глинистые породы, применяют промывку, для окисленных железных руд — обжиг с целью перевода немагнитного оксида FеO в магнитное соединение FезО4 и последующая магнитная сепарация. В основном бедные железные руды подвергают магнитной сепарации в целях наилучшего обогащения руды, сочетая с обжигом и флотацией.

В результате обогащения руд получают тонкодисперсные коцентраты с содержанием железа до 65...67 %, которые в силу своих физических свойств не могут использоваться в доменном

процессе. Поэтому следующим этапом подготовки руды является агломерация (окускование). На горнообогатительных комбинатах и. металлургических заводах мелочь, колошниковую пыль, коксч (кокс с крупностью частиц до 3 мм), известняк увлажняют и пер мешивают в смесительных устройствах. После этого шихтой загружают (толщина слоя 200...300 мм) колосниковые решетки агломерационных машин и снаружи поджигают газовой горелкой. Под колосниковой решеткой расположены вакуумные камеры, с помощью которых создается необходимое разрежение, обеспечивающее просачивание воздуха через слой агломерационной шихт. За счет сгорания кокса создается температура 1100... 1450 0С обеспечивающая спекание шихты и образование пористого проду­та - офлюсованного агломерата. При использовании офлюсованного агломерата снижается расход кокса и известняка, улучшают условия плавки и технико-экономические показатели работы доменных печей.

С развитием способов обогащения руд и увеличением удельного веса концентрата в общем объеме железорудного сырья начал применяться новый процесс подготовки руды — окомкование. Сущность процесса состоит в окатывании частиц исходной шихты и последующем обжиге полученных окатышей (размером 25...30 мм). Обожженные окатыши по сравнению с агломератом обладают более высокой механической прочностью, хорошей восстаноавливаемостью, однородны по составу и характеризуются высоким соде жанием железа (70...95%).

Одним из весьма перспективных направлений развития металлургического производства является использование частично восстановленных (металлизированных) материалов, в частности, окатышей. Они используются для прямого восстановления железа, минуя доменный процесс.

Подвергаются подготовке также и другие шихтовые материалы. Например, кокс перед загрузкой в печь подвергается грохочению с целью удаления мелочи и снижения его потерь в процессе плавки.

Дата добавления: 2014-01-15