Материаловед

Подготовка руд к доменной плавке определяет поступление в печь сырья определенной крупности, равномерность химического состава, хорошую восстановимость и высокое содержание железа. Она осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна.

Метод подготовки зависит от качества руды.

Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной величины, осуществляются с помощью дробилок и классификаторов. Обычный размер кусков руды составляет 300…400 мм, в некоторых случаях до 1000 мм. Для доменной плавки размер кусков не должен превышать 100 мм. Если  руда предназначена для окусковывания, ее необходимо дробить до кусков размерами менее 5 мм, а для обогащения – менее 0,1 мм.

Процесс дробления делится на четыре стадии: крупное, среднее, мелкое и тонкое измельчение.

Для дробления используют щековые, конусные  и валковые дробилки. Для тонкого измельчения применяют мельницы, в которых удар сочетается с истиранием.

Материал по крупности классифицируют при помощи решеток или сит (грохочение), гидравлических или воздушных классификаторов, разделение в которых основано на разности в скоростях падения зерен различной крупности.

Классификацию материалов применяют или как самостоятельную операцию для выделения готовой продукции нужных размеров, или как вспомогательную –  для выделения мелочи, чтобы непереизмельчать руду.

Грохочение осуществляют пропусканием материала через одно или  несколько сит или решеток, которые выполняют в виде проволочных сеток, листовых или колосниковых решеток.

Обогащение руды

Обогащение руды – разделение рудного сырья на концентрат с более высоким содержанием извлекаемого металла и пустую породу с небольшим содержанием полезных составляющих.

Обогащение руды основано на  различии физических свойств минералов, входящих в ее состав (плотностей, магнитной восприимчивости), и физико-химических свойств поверхностей минералов.

В соответствии с этим различают следующие способы обогащения руд: промывка, гравитация, магнитная сепарация и флотация.

Промывка – отделение плотных составляющих от пустой  породы.

Промывку применяют для руд с плотными разновидностями рудных минералов, не размываемых водой, и с рыхлой пустой породой. Осуществляют во вращающихся барабанах с решетчатой или гладкой поверхностью, называемых бутарами, или в корытных мойках с вращающимися в противоположных направлениях валами, на которые насажены лопасти.

Гравитация (отсадка) – отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита.

При гравитационном обогащении минералы разделяются по плотности. Гравитация может быть воздушной или мокрой. Воздушная гравитация для обогащения железных и марганцевых руд не применяется, так как их рудные и нерудные минералы мало отличаются по плотности. Мокрую гравитацию чаще всего осуществляют отсадкой. В качестве жидкости обычно используют воду, но применяют и более тяжелые жидкости. Наиболее распространенным способом является отсадка, при которой зерна различного удельного веса расслаиваются под действием вертикальной струи воды с переменным направлением пульсации. При этом пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются вниз.

Иногда отсадочные машины выполняют с подвижным решетом, совершающим возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости, что создает пульсацию воды. Также применяют машины  с неподвижным решетом, в которых вода движется под действием поршня.

Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. При магнитной сепарации измельчённую руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы и отделяющего их от пустой породы.

Для осуществления процесса применяют барабанные, ленточные, роликовые и кольцевые сепараторы.

Развитие магнитного обогащения идет по пути более тонкого измельчения руды для достижения более высокого содержания железа в концентратах и по пути повышения напряженности магнитного поля, чтобы обогащать слабомагнитные руды.

Флотация (пенная флотация) основанна на том, что отдельные мелкие частицы всплывают на поверхность воды вместе с пеной. Всплывать могут гидрофобные (не смачиваемые водой) тела. К мелким частичкам таких тел прилипают пузырьки воздуха, частицы всплывают и флотируют на поверхности. К частицам гидрофильных (смачиваемых водой) тел пузырьки воздуха не прилипают, и они остаются в пульпе. Используются механические и пневматические флотационные машины.

Флотация широко применяется для обогащения руд цветных металлов, а также для доизвлечения железа из пустой породы после магнитного обогащения, а также для повторного обогащения концентратов железных руд в целях получения суперконцентрата, содержащего 70…72 % железа.

Окусковывание производят  для переработки концентратов в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окусковывания: агломерацию и окатывание.

Агломерация – процесс окусковывания мелких руд, концентратов и колошниковой пыли спеканием.

При агломерации  шихту, состоящую из  железной руды (40…50 %), известняка (15…20 %),  возврата мелкого агломерата (20…30 %),  коксовой мелочи (4…6 %), влаги (6…9 %), спекают на агломерационных машинах при температуре 1300…1500 ⁰С. При спекании из руды удаляются вредные примеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты и  получается кусковой пористый офлюсованный агломерат,

Процесс агломерации осуществляют на агломерационных лентах, состоящих из колосниковых спекательных тележек-паллет, которые передвигаются со скоростью 4 м/мин по рельсам, закрепленным на металлоконструкциях.

Окатывание – окусковывание тонкоизмельченных концентратов, которые сложно агломерировать из-за низкой газопроницаемости слоя.

При окатывании  шихту из измельчённых концентратов, флюса, топлива увлажняют (8…10 %), и при обработке во вращающихся барабанах она приобретает форму шариков-окатышей диаметром до 30 мм. Их высушивают при температуре 300…600 ⁰С и обжигают при температуре 1200…1350 ⁰С.

Шарики-окатыши получают во вращающихся барабанах или на тарельчатых и конусных грануляторах. Окатыши подсушивают и обжигают последовательно на одних и тех же установках  (шахтной печи, конвейерной обжиговой машине) или последовательно в двух агрегатах (колосниковой решетке и вращающейся трубчатой печи).

Окатыши меньше разрушаются при транспортировке, чем агломерат.

Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса – известняка в доменную печь при плавке.