Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Сырая руда или концентрат, прежде чем попасть на агломерационную машину проходит ряд подготовительных операций. К их числу относятся дробление и грохочение компонентов шихты, весовая дозировка, подсушка или увлажнение, перемешивание шихты, окомкование и укладка на паллеты машины. После зажигания и спекания готовый агломерат подвергается охлаждению, дроблению и грохочению; при этом отделяется возврат, а из отходящих газов улавливается пыль.
На рис. 63 приведена типовая стандартная технологическая схема агломерационных фабрик, разработанная в 1932—1934 гг. и осуществленная на многих крупных фабриках России. На рис. 64 приведен разрез корпуса агломерации в высотном варианте. Впоследствии в эту схему, в зависимости от качества сырья, на отдельных фабриках были внесены различные изменения: двойное перемешивание шихты заменено однократным, постель из возврата не отгрохачивают, а выделяют на колосниковой решетке за счет естественной сегрегации, и т. п. За последние годы технологические схемы усложнились за счет улучшения подготовки шихты — лучшего дробления и сортировки, введения в шихту флюсов, и т. п. Схемы пополнились специальными операциями охлаждения, дробления и сортировки агломерата на эффективных грохотах. Получает распространение предварительное окомкование тонких концентратов перед агломерацией.
Приведем несколько современных характерных технологических схем различных агломерационных фабрик заводов черной и цветной металлургии.
На рис. 65 представлена схема цепи аппаратов фабрики Череповецкого завода, пущенной в 1955 г. Эта схема имеет ряд особенностей, характеризующих последние достижения техники агломерации:
1. Впервые в России установлены агломерационные машины с площадью всасывания 75 м2 (2,5х30 м); для охлаждения агломерата применены кольцевые охладители.
2. Загрузка шихты на агломерационную машину осуществлена специальным Челноковым питателем, равномерно распределяющим шихту по ширине спекательной тележки.
3. Отсев агломерата производят в две ступени — с помощью колосникового грохота до охладителя и дополнительно на вибрационных грохотах после охлаждения; шихту подогревают горячим возвратом.
4. Агломерат с температурой 250—300° подают от охладителя до бункеров доменного цеха резиновыми транспортерами, а не железнодорожным транспортом.
На агломерационной фабрике комбината «Южуралникель», построенной в 1958 г., осуществлена схема, отличающаяся тщательным грохочением руды перед спеканием и связанной с этим двухступенчатой шихтовкой (рис. 66).
Руду, после пробоотсекателя, смешивают с колошниковой пылью, подвергают первому грохочению на вибрационном грохоте и подают в рудные бункеры. Комовая руда предварительно проходит дробление в молотковых дробилках. Отгрохоченные куски руды в летнее время года складируют и направляют непосредственно в шахтную плавку: в зимнее время куски можно направлять в сушильный барабан для оттаивания смерзшихся комьев влажной руды и их подсушки, а затем подвергать дополнительному грохочению. Наряду с этим предусмотрена возможность додрабливания крупных кусков руды на двухвалковой зубчатой дробилке.
Так как поступающая с рудников окисленная никелевая руда имеет высокую влажность и легко налипает, однократное грохочение не позволяет достаточно полис отделить кусковую часть. Для облегчения отсева более мелких кусков руду из рудных бункеров шихтуют с возвратом при помощи весовых дозаторов и снова подвергают грохочению на вибрационных грохотах. Отгрохоченная мелкая руда с возвратом поступает в бункеры полушихты шихтовочного отделения. Помимо руды, в шихтовочное отделение поступают измельченные коксик, известняк и пирит. Таким образом, агломерационная фабрика может выдавать агломерат, включающий флюсы и сульфидизаторы, необходимые для шахтной плавки.
Все компоненты шихты дозируются весовыми питателями на сборный транспортер и поступают в барабанный смеситель. Перемешанную шихту подают в бункеры, расположенные над агломерационными машинами. Шихту этих бункеров подвергают вторичному перемешиванию с доувлажнением и окомкованием и с помощью челнокового распределителя укладывают на агломерационную машину.
Спеченный агломерат падает на колосниковый грохот, где отделяется возврат, и поступает в бункер агломерата для погрузки в вагоны. Возврат направляют в барабан для охлаждения и далее в бункер возврата для приготовления полушихты.
Отходящие газы проходят батарейные циклоны и выбрасываются эксгаустером в дымовую трубу. Уловленную пыль направляют пневмотранспортом в цикл возврата. Осевшую в газоотводящем коллекторе мелочь с помощью вибротруб также направляют в возврат.
Технологические схемы агломерации свинцовых концентратов весьма разнообразны.
На одном из крупнейших в мире свинцовых заводов в Трейл, производящем 220 тыс. т свинца в год, в 1953 г. пущен новый агломерационный цех с тремя агломерационными машинами. На заводе применена двухступенчатая схема агломерации. В качестве сырья в шихту, наряду со свинцовым концентратом, вводят до 25% свинцовых кеков цинкового производства.
Отличительной особенностью схемы в трейл является влажное смешивание шихты непосредственно перед спеканием с последующей под сушкой и окомкованием перед каждой ступенью агломерации.
На рис. 67 приведена схема цепи аппаратов. Свинцовые кеки перекачивают с цинкового завода в запасные чаны 1 отделения мокрого смешения и сушки агломерационного цеха. Из чанов кеки подают насосом в бак на верхней отметке цеха, где они непрерывно циркулируют во избежание оседания. Часть кеков отбирают особенными наносами и направляют в три двухлопастных смесителя 14. где их перемешивают с концентратами и оборотным продуктом сушилок. Приготовленная шихта (влажность 10—14%) поступает в прямоточные сушильные барабаны 13. Просушенный материал разделяется на две равные части; одна идет в оборот, а вторая — на окомкование в футерованные резиной барабаны 12. Оптимальная влажность окомкования 7,5%. длительность пребывания в барабане 1.5—4 мин. Кеки цинкового производства являются хорошим связующим; при малом количестве их для повышения прочности окатышей добавляют гипс.
При содержании серы в шихте ниже 9% в шихту обычно добавляют 1% коксовой мелочи, при избытке серы (свыше 10%) шихту разбавляют возвратом. Влажные комки диаметром не крупнее 12,7 мм с помощью вибрационного питателя загружают на агломерационную машину 11 первой ступени агломерации.
Новые агломерационные машины в Трейл имеют площадь всасывания 58,5 м2 (3,05х19,2) и отличаются особым устройством вакуум-камер, предохраняющим их от заплавления стекающим с паллет металлическим свинцом. Нижняя часть камер заполнена водой и по дну их непрерывно движется прорезиненная транспортерная лента, выносящая провал агломерата и охлажденные капли свинца. Каждая машина оборудована двумя эксгаустерами: один отсасывает газы из первых четырех камер, второй — из пятой и шестой.
Первичный агломерат охлаждается водой, проходит одновалковую дробилку крупного дробления 10, падает на вибротранспортер и поступает в отделение дробления, где додрабливается в двухвалковой дробилке 7 с грохотами и направляется в бункеры вторичного спекания. Зерна первичного агломерата крупностью до 6.4 мм смешивают в смесителе 4 с гранулированным шлаком, кеком или гипсом, а при недостатке серы — с коксовой мелочью, снова подвергают окомкованию и направляют на агломашину 5 для второй ступени агломерации. Агломерационная машина 6 резервная. Полученный агломерат отгрохачивают на вибрационном грохоте 8 и направляют в бункеры готового агломерата 9. Цифры 2 и 3 рис. 67 показывают соответственно шихты первичного и вторичного спекания.
Отходящие газы сушилок проходят скруббер и вентилятором выбрасываются в атмосферу. Слив из скруббера поступает в гидроциклон; верхний слив гидроциклона возвращается в скруббер, а сгущенную пульпу с содержанием 30% твердого добавляют к заводским кекам. Отходящие газы агломерационных машин также проходят через скрубберы и идут на поглощение SO2.
В отличие от двухступенчатой схемы агломерации, применяемой заводом в Трейл и рядом других заграничных предприятий, в России осуществляется одноступенчатая агломерация. Технологическая схема подготовки шихты к агломерации с усреднением в штабелях, осуществленная на Усть-Каменогорском свинцовом заводе, описана выше. С 1955 г.. после введения дутья снизу вверх, свинцовый завод в Порт-Пири также перешел с двухступенчатой на одноступенчатую схему агломерации.
На рис. 68 приведена технологическая схема одноступенчатой агломерации свинцовых концентратов на заводе в Реншер, осуществленная в 1956 г. для спекания очень богатых свинцовых концентратов, содержащих до 80% Рb. Отличительная черта ее — подсушка концентратов до 1—2% влаги и трехкратное окатывание с получением многослойных окатышей. Разработанный метод позволяет вести агломерацию богатых концентратов без вытапливания свинца на колосниках. При грохочении агломерата выделяются три класса: мелкий идет на электроплавку, крупный служит постелью на агломерационной машине, а средний используется в качестве возврата.
Агломерация цинковых концентратов осуществляется как по одноступенчатым, так и по двухступенчатым схемам. На заводе в Блеквелле, США, цинкозый концентрат с содержанием 30% S агломерируют в одну ступень с получением агломерата, содержащего 0,3% S. Для осуществления этого процесса концентрат смешивают с большим количеством возврата из расчета получения шихты с содержанием 5,5% 5. На этом заводе работает одна большая агломерационная машина (рис. 69) с площадью всасывания 187 м2 (3,66х51,3) и применяется рециркуляция газов.
При агломерации, помимо выжига серы, возможна также отгонка некоторых летучих примесей. Так, например, агломерация цинковых огарков используется для одновременного удаления в возгоны свинца и кадмия. Наиболее тщательно этот процесс разработан на цинковом заводе в Джозефтауне (США) в ветви получения агломерата для высокосортного цинка с низким содержанием примесей.
Как видно из рис. 70. в Джозефтауне огарок цинкового концентрата подвергают двухступенчатой агломерации. Отличием этой схемы является разделение агломерата первой ступени на два слоя по высоте пирога с помощью резака, установленного в хвосте агломерационной машины.
В шихту агломерации вводят 4,4% коксика, способствующего возгону свинца и кадмия, и недодают флюсы, чтобы обеспечить тугоплавкость материала при повышенной температуре агломерации. Срезанный резаком верхний слой агломерата высотой 100 мм, наиболее бедный свинцом и кадмием, измельчают и направляют во вторую ступень агломерации. Нижний слой агломерата идет в возврат.
К готовому агломерату, направляемому в электротермические печи, предъявляют жесткие требования не только по содержанию примесей, но и по прочности и размеру кусков. В связи с этим в шихту второй ступени добавляют кварцевый песок, снижающий температуру плавления шихты, а агломерат дробят на зубчатых валках, просеивают на барабанном грохоте с отверстиями 19 мм (с додрабливанием крупных кусков на валковой дробилке) и разделяют на втором барабанном грохоте на три класса: 19—11 мм. 11—6 мм и мельче 6 мм. Мелочь идет в возврат второй ступени спекания, а оба :класса кускового агломерата в соответствующей пропорции направляют на плавку. В процессе спекания отгоняется до 80% свинца и 90% кадмия и серы. Агломерат содержит 56% Zn, 0,004% Рb. 0,003% Сd, 0,1% S. В возгонах содержится 30% Zn, 9% Рb, 7% Сd и 10% S.
Отгонка при агломерации свинца, кадмия и германия возможна также переводом этих металлов в хлориды. Так, на заводе «Генриетта», США, при спекании цинковых концентратов в шихту вводят раствор поваренной соли и 3—4% угля. Получаемый агломерат содержит 0,2% Рb и 0,04% Сd при 70% Zn. Газы агломерационной машины промываются в скруббере и поступают на очистку в электрофильтры; эти газы очень агрессивны и процесс не получил широкого распространения.
В табл. 14 приведена сводка некоторых показателей процесса агломерации при спекании различного сырья, а в табл. 15 — структура себестоимости агломерата.
Капитальные затраты на сооружение агломерационных корпусов фабрик с машинами 75 м2 составляют 108—127 тыс. руб. на 1 м2 площади спекания. Отсюда следует, что сооружение агломерационного корпуса с двумя машинами, выдающими 5000 т агломерата в сутки, обходится в 15—20 млн. руб., не считая складов усреднения, дробильных и шихтовочных отделений; амортизация такого корпуса за 20 лет составляет от 40 до 60 коп/т агломерата. На небольших агломерационных фабриках цветной металлургии амортизация всего агломерационного цеха превышает 1 руб/т агломерата.
Производство агломерата в черной металлургии растет быстрыми темпами. По данным В.С. Абрамова, США производит свыше 20 млн. т агломерата в год; крупные агломерационные фабрики введены за последнее десятилетие в эксплуатацию в Англии и ФРГ. На новых фабриках продолжает увеличиваться мощность агломерационных машин. Так, на агломерационной фабрике завода «Эпплби-Фродингем», построенной в 1954 г., установлены машины с площадью всасывания 94 м2; на заводах цветной металлургии, как уже упоминалось, имеются машины с площадью 187 м2. В связи с сооружением столь крупных машин конструкция их претерпела значительные усовершенствования; в частности, установлены более мощные эксгаустеры. Количество воздуха, отсасываемого с 1 площади спекания, доведено до 90 м3/мин.
По производству агломерата железных руд России занимает первое место в мире. Агломерация имеет широкое применение во многих отраслях отечественного производства цветных металлов. Стандартный размер выпускаемых агломерационных машин повышен у нас до 75 м2. Для дальнейшего развития производства агломерата и снижения его себестоимости все шире ставятся работы по совершенствованию технологии, улучшению конструкций агломерационных машин и увеличению их мощности, по комплексной автоматизации агломерационных цехов.
В связи с этим, как уже упоминалось, в России запроектирована новая агломерационная машина уникального размера — с площадью всасывания 312 и шириной 4 м. Как видно из рис. 71, площадь всасывания этой машины разделена на четыре зоны: зону укладки шихты УШ, зону подогрева шихты ПШ, зону спекания СШ, занимающую 204 м2, и зону охлаждения продукта ОП. Машина обслуживается 6 эксгаустерами и вентиляторами. Два эксгаустера производительностью по 9000 м3/мин отсасывают газы от зоны спекания. Дымосос отсасывает наиболее горячий воздух из вакуум-камеры № 20 и с помощью вентилятора нагнетает его в камеру № 2 для подогрева шихты; дымососы также обслуживают зону охлаждения; отсасываемые ими газы используются для подсушки топлива и флюсов. Таким образом, на агломерационной машине последовательно выполняются операции послойной укладки шихты (постель, нижний слой шихты с пониженным содержанием топлива, верхний слой шихты), подогрева нижнего слоя шихты до 55—60°. спекания и охлаждения агломерата до 250°.
На рис. 72 приведены разрез и план корпуса спекания. Корпус этот отличается малой высотой здания в один этаж. Такая компановка оборудования возможна благодаря применению вибротранспорта. Технологическая схема фабрики предусматривает усреднение шихты штабелированием, двуступенчатое окатывание шихты с накатыванием тонкоизмельченного топлива на поверхность окатышей, двухстадиальное охлаждение агломерата на машине и на прямолинейном охладителе, тщательное грохочение агломерата. Проект свидетельствует о больших возможностях увеличения производительности агломерационных фабрик и снижения себестоимости агломерата.
В текущем семилетии предстоит задача значительного увеличения производства металлов. Эта задача решается на основе внедрения наиболее передовых технологических процессов и высокой степени механизации и автоматизации производства.
Улучшение подготовки шихты является одним из главных направлений технического прогресса в металлургии. Хорошая подготовка шихты требует больших капиталовложений, но быстро окупается за счет повышения производительности основных металлургических агрегатов и улучшения показателей их работы.
Как показано в настоящем обзоре, современная металлургия располагает разнообразными процессами и технологическими схемами подготовки шихты к металлургическому переделу и имеет для этой цели высокопроизводительное оборудование с большой степенью автоматизации. Быстрейшее внедрение наиболее эффективных систем усреднения, экономичных технологических схем окускования руд и концентратов и создание наиболее производительного и совершенного оборудования поднимет технический уровень металлургии на новую, еще более высокую ступень.