» » Подготовка руд к доменной плавке
29.04.2015

Подготовка руд к доменной плавке — один из главных факторов повышения производительности доменных печей и снижения расхода горючего. Подготовка руд состоит в их дроблении, сортировке по крупности, усреднении и окусковании. Бедные руды, доля которых в общем балансе железорудного сырья непрерывно возрастает, кроме того, обогащают и обжигают. Среди способов подготовки руд в последнее время все большее место занимают процессы окомкования, получения офлюсованного агломерата, обогащения и магнетизирующего обжига.
Всю добываемую руду обрабатывают на дробильно-сортировочных фабриках и усредняют на рудных складах. В доменный цех передают усредненную руду определенной крупности. Пределы крупности (от 8 до 100 мм) зависят от физико-химических свойств руды: например на Магнитогорском металлургическом комбинате доменная руда имеет размеры от 8 до 15 мм; более мелкие фракции, обычно менее 8—10 мм, подвергают окускованию.
Усреднение руды проводят для повышения однородности физико-химических и минералогических свойств и состава руд и агромерата, так как добываемая руда даже в пределах одного рудника неоднородна и ее использование сопряжено с перерасходом горючего и снижением производительности доменных печей.
Для усреднения руду подвергают многократному перемешиванию, послойно укладывая ее в открытые штабеля или в бункера. Штабеля вмещают до 20000—40000 г руды и имеют свыше 1000 слоев. Из штабеля руду разгружают с торца специальной усреднительной машиной с бороной, равномерно забирающей материал одновременно по всему поперечному сечению. Для этой же цели применяют также один или два экскаватора, которые вразрез слоям забирают руду в особом порядке, обеспечивающем дополнительное выравнивание состава. На MMK благодаря подобному методу усреднения отклонения от нужного содержания железа уменьшились в 3,1—4,4 раза, a CaO и SiO2 — в два раза. Обычно в усредненной руде содержание железа колеблется в пределах ±1,0% и меньше.
Обогащение бедных руд осуществляется промывкой, магнитной сепарацией, методом разделения в тяжелых суспензиях, флотацией и другими методами.
Окускование мелких руд ведут главным образом методом агломерации. При агломерации руда не только окусковывается, но и повышается ее качество: агломерацией удается почти полностью (до 99%) удалить серу из сернистых руд и повысить восстановимость плотных руд. Особое значение в последнее время приобрело введение в агломерат флюса — получение так называемого офлюсованного агломерата, применение которого позволяет частично или полностью вывести известняк из доменной шихты, а значит, снизить расход кокса и повысить производительность печей.
Наиболее распространенным способом агломерации рудной мелочи является спекание с просасыванием воздуха через слой шихты. Шихта для получения офлюсованного агломерата состоит из тщательно перемешанной и слегка увлажненной смеси, рудной мелочи (40—70%), колошниковой пыли (до 10%), возврата (20—30%), известняка (5,0— 10,0%) и коксика (4—7%). Руду предварительно усредняют, известняк и коксик измельчают до крупности 0—3 мм. Увлажнение способствует окомкованию, обеспечивая необходимую газопроницаемость слоя шихты.
Из подготовительного отделения аглофабрики перемешанная и увлажненная шихта подается в загрузочный бункер, а из него равномерным слоем высотой 200—300 мм на агломерационную ленту маятниковым, барабанным или вибрационным питателем. С поверхности шихта зажигается при помощи специального горна. Одновременно под колосниковой решеткой создают вакуум 500—1200 мм вод. ст. Горение топлива, начавшееся в верхнем слое шихты, благодаря непрерывному потоку воздуха постепенно распространяется вниз, по направлению к колосниковой решетке. По мере распространения горения через толщу шихты в отдельных ее тонких слоях развивается температура порядка 1200—1500°.
В начальный период агломерации прогревается шихта, испаряется влага, разлагаются водные окислы железа и другие соединения и окисляются сульфиды
Сера удаляется преимущественно по реакции
ЗFeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2.

Все эти процессы протекают в непосредственной близости к зоне горения. При температуре выше 900° происходит разложение известняка.
Затем при горении топлива в узкоконцентрированной зоне высокие температур (1200—1500°) происходит частичное восстановление и диссоциация высших окислов железа и образование жидких фаз.
В зоне оплавления в результате взаимодействия окислов железа, пустой породы и извести образуются различные легкоплавкие соединения, состав которых определяется химическим и минералогическим составом пустой породы, количеством извести и температурными условиями процесса (расходом топлива). Важнейшие из этих соединений — известково-железистые оливины (CaO)х*(FeO)2-х*SiO2 переменного состава, содержащие CaO в которых зависит от основности агломерата (х несколько больше единицы). Эти соединения являются основной связкой, цементирующей остальные элементы агломерата и придающие ему необходимую прочность. В обычном неофлюсованном агломерате связкой подобного рода служит фаялит 2FeO*SiO2.
Спекшийся материал постепенно охлаждается поступающим сверху воздухом. В процессе охлаждения возможно окисление до высших ступеней ранее восстановленных окислов железа.
Полученный в результате спекания агломерат представляет собой кусковатый однородный материал, обладающий достаточной пористостью, прочностью и восстановимостью. В настоящее время офлюсованный агломерат с основностью от 0,6 до 1,45, содержащий до 12% CaO является основным видом металлургического сырья для доменных печей России.
Для получения агломерата наиболее широко применяются установки непрерывного действия ленточного типа (рис. 3). Агломерационная машина представляет собой конвейер, состоящий из отдельных примыкающих друг к другу тележек (паллет) перемещающихся по замкнутым направляющим. Паллеты имеют только боковые борта, днищем служит колосниковая решетка. Под верхней рабочей линией тележек расположены вакуум-камеры, в которых эксгаустером создается разрежение Процессы загрузки шихты, зажигания, спекания и разгрузки готового агломерата происходят на такой машине непрерывно.
Подготовка руд к доменной плавке

При движении ленты шихта попадает под зажигательный горн и далее в зону вакуум-камер/ В конце камер процесс спекания заканчивается и тележки, дойдя до разгрузочного конца ленты, опрокидываются/ Готовый агломерат разгружается в дробилку, затем поступает на грохот для отсева мелочи (возврата)/ Продолжительность спекания составляет 15—20 мин.
Наиболее мощные в России машины имеют ширину ленты 2,5 м, длину 30—36 м и производительность 2500—3000 т агломерата в сутки. В ближайшее время будут построены машины с лентой шириной 4 м и площадью спекания в 200 м2, производительность которых достигнет 7000—8000 г в сутки.
Из последних усовершенствований процесса агломерации следует упомянуть о применении переменного содержания топлива в слое шихты и использовании нагретого воздуха. При работе с переменным содержанием топлива в нижний слой шихты вводят меньшее количество топлива, благодаря этому получается более однородного качества агломерат и достигается существенная экономия топлива.
Применение нагретого (до 500°) воздуха для первой трети или половины вакуум камер способствует получению более прочного агломерата в верхнем слое, увеличивает степень окисления агломерата и благоприятствует удалению серы.
Окускование тонкоизмельченных концентратов Тонкоизмельченные концентраты являются продуктом глубокого обогащения бедных железных руд, добыча которых непрерывно расширяется.
При агломерации этих концентратов обычным способом из за плохой газопроницаемости шихты резко снижается производительность агломерационных лент и ухудшается качество агломерата. Более эффективным способом окускования концентратов является метод их окатывания во вращающихся барабанах или на тарельчатых окомкователях (рис. 4) с последующей агломерацией или обжигом полученных окатышей.
Подготовка руд к доменной плавке

Процесс образования окатышей во вращающемся барабане заключается в следующем/ Тонкоизмельченный концентрат (0—0,06 мм) оптимальной влажности загружается в барабан Степень увлажнения (8— 10%) зависит от химико-минералогического и зернового состава концентрата. Барабан обычно имеет длину в 2—3 раза большую, чем диаметр, ось барабана наклонена под углом 2—3,5° к горизонту Барабан вращается с определенной скоростью, обеспечивающей хорошее качество окатышей и высокую производительность. При вращении барабана в результате сложного взаимодействия молекулярных сил при плотном контакте частиц, капиллярных сил воды и механических сил вращения образуются окатыши различного размера. Полученные окатыши выгружаются из барабана на грохот, где они разделяются по крупности. Окатыши менее 10 мм возвращаются в барабан, а большего размера направляются на обжиг. Иногда поверхность комков покрывают слоем угля; с этой целью применяют два последовательно установленных барабана. Производительность барабана диаметром 2,74 м, длиной 9,15 м, вращающегося со скоростью 10—11 об/мин, достигает 600—700 т/сутки.
Тарельчатые окомкователи представляют собой чаши или диски диаметром от 3,6 до 5,5 м, наклоненные под углом 30—50°. Увлажненный концентрат подается в центр чаши. В чаше одновременно с оком-кованием происходит сортировка окатышей по крупности; в этом существенное преимущество чаши перед барабаном. Производительность установок такого типа колеблется в пределах от 3 до 40 т в сутки с 1 м2 площади чаши. Возможно изготовление окатышей с предварительным подпрессованием шихты в шнековом прессе. Полученные цилиндрические брикеты разрезают, а затем окатывают в барабане. Сырые окатыши должны обладать достаточной прочностью. Иногда для повышения прочности в концентрат вводят связующие добавки (бентонит или соединения кальция).
Сырые комки обжигают в шахтных печах или на агломерационных лентах. Температура обжига в зависимости от свойств концентрата колеблется в довольно широких пределах (1150—1350°): окатыши из гематитового концентрата обжигают при 1300—1350°, из магнетитового концентрата с легкоплавкой пустой породой — при 1150°.
При обжиге происходит упрочнение окатышей в результате рекристаллизации гематитовых и магнетитовых зерен и образования шлаковой фазы при взаимодействии пустой породы и окислов железа.
Окомкование тонкоизмельченных концентратов является весьма перспективным способом получения высококачественного сырья для выплавки чугуна. Возможно изготовление офлюсованных и рудо-угольных окатышей.