Сущность и особенности производства чугуна. Основные пути и направления совершенствования и повышения экономической эффективности т

   Железная  руда состоит из минерала (орудняющего  вещества), пустой породы и

примесей. Главной частью руды является рудный  минерал,  в  состав  которого

входит  железо. Чаще всего железо в минерале химически связано с  кислородом,

реже  с  другими  элементами  и  соединениями.  Пустая  порода  состоит   из

кремнезема, глинозема, извести  и  магнезии,  образующих  сложные  минералы.

Примеси руд делятся на полезные и  вредные.  Полезными  примесями  считаются

марганец, хром, никель, ванадий, вольфрам, молибден и др. Вредные примеси  –

сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец и  в  большинстве  случаев  медь  –  либо

ухудшают  качество  металла,  либо  разрушающе  действуют   на   огнеупорную

футировку доменной печи.

   В  зависимости от типа рудного  минерала железные руды  делятся   на  четыре

основные  группы:

     1. Красный железняк или гематитовая  руда. Минерал гематит  –   безводный

        оксид железа, в чистом  виде  содержит  70  %  железа       и  30  %

        кислорода. Это наиболее распространенная  железная руда.

     2. Магнитный железняк или магнетитовая  руда. Минерал – магнетит (72,4 %

        железа и 27,6 % кислорода).

     3.  Бурый  железняк  представлен   железосодержащими  минералами  водных

        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