Сырьевая база доменного цеха

 

Доменная шихта состоит из рудной части и кокса. Качество шихты определяется ее физико-механическими, химическими и физико-химическими свойствами. К физико-механическим свойствам шихты относят ее крупность прочность термическую стойкость, истираемость, равномерность по величине кусков. Химические свойства кокса отражают его элементарный состав: содержание в коксе влаги, минеральных примесей, выход летучих веществ, теплоту сгорания горючей массы, содержание серы и фосфора. Химические свойства рудной сыпи характеризуются содержанием железа, серы, фосфора и окислов (CaO, SiO₂, MgO? Al₂O₃, FeO, MnO). Под физико-химическими свойствами кокса подразумевается его горючесть, реакционная способность пористость; физико-химические свойства рудной сыпи характеризуются ее восстановимостью и пористостью.

КОКС

В доменной плавке кокс выполняет роль разрыхлителя рудной части шихты, является источником тепла и восстановителем. Основными требованиями, предъявляемыми к коксу, являются: высокая механическая прочность, однородность структуры и гранулометрического состава, минимальное содержание золы и серы, минимальные колебания показателей от средних (допустимые колебания по влажности 0,5%, по зольности 0,25%, по сернистости 0,05%, по содержанию летучих 0,02%).

Качество кокса можно определить визуально, так недопал или недококсованные куски спекшейся шихты имеют темный блестящий цвет, велики по размеру, легко истираются и крошатся. В руках такой кусок кокса мажется. По весу такие куски тяжелее, чем обычный кокс. Цвет хорошего кокса от светло-серого до серебристого. Слишком светлый кокс может иметь пониженную прочность.

Гранулометрический состав кокса должен быть ровным. С увеличением крупности кокса увеличивается его трещиноватость, поэтому максимальная величина кусков кокса не должна быть выше 60-80 мм, а минимальная 25 мм.

Как уже отмечалось, физико-химические свойства кокса определяются его органической массой, минеральными примесями и количеством влаги. Основной составляющей кокса (84-86%) явлвется углерод – источник тепловой и химической энергии доменной плавки. Горючесть кокса – это скорость взаимодействия углерода кокса с кислородом по реакции С + О₂ = СО₂, а реакционная способность кокса – это скорость взаимодейтвия образовавшейся от горения двуокиси углерода по реакции С + СО₂ = 2СО.

Прочность кокса характеризуется его ситовым составом и механической обработкой пробы в барабанах. В качестве стандартного метода контроля качества кокса принято определение его в микум-барабане. При испытании в этом барабане кокс в основном подвергается дробящим нагрузкам. Диаметр и длина барабана соответственно равны 1,0 м, на его внутренней поверхности под углом 90^о один к другому приварены четыре угловые профиля 100 100 мм. При вращении барабана этими уголками кокс поднимается на некоторую высоту, затем куски кокса падают вниз. Испытанию подвергается проба кокса весом 50 кг, крупностью выше 60 мм. После вращения барабана в течении 4 минут со скоростью 25 об/мин пробу кокса рассеивают на ситах с диаметром отверстий соответственно: 10,20,40 и 60 мм. Прочность кокса характеризуется в процентном выражении содержанием классов крупнее 40 мм и мельче 10 мм. Показатель М40 отражает дробимость кокса, а показатель М10 – его истираемость.

 

РУДНАЯ ЧАСТЬ ШИХТЫ

В настоящее время основным железосодержащим сырьем для доменной плавки является агломерат. Основное требование доменного процесса – всемерное увеличение содержания железа в рудной части шихты – обеспечивается более глубокой степенью обогащения руд.

Принципиальное отличие агломерата от окатышей в том, что агломерат – это продукт спекания мелкой руды, а окатыши – это продукт обжига руды, предварительно тонко измельченной до 0,074 мм и окомкованной в шарообразную форму.

Основными требованиями. предъявляемым к железным рудам, агломератам и окатышам, явлвются:

1. Максимально возможное и помтоянное содержание железа (допустимые отклонения 0,5%);

2. Ровный химический состав пустой породы (допустимые отклонения по кремнезему, по окиси кальция и окиси магния 0,25%);

3. Минимальное содержание серы и других вредных примесей (фосфор, мышьяк, цинк);

4. Высокая механическая прочность и восстановимость;

5. Ровный гранулометрический состав, отсутствие фракции мельче 5 мм и крупных кусков больше 60 мм.

По химическому составу окатыши от агломерата отличаются содержанием закиси железа. Так если в агломерате содержание закиси железа изменяется от 12 до 20%, то окатыши содержат 1-5% FeO. Наибольшая механическая прочность окатышей составляет 700-750 кГ/окатыш, наименьшая равна 150-200 кГ/окатыш. Окатыши с высокой механической прочностью имеют темно-серый цвет.

Качество рудного сырья определяется содержанием в нем железа прочностью, восстановимостью, зерновым составом. Так хорошо спеченный агломерат имеет ровный гранулометрический состав, напоминает губку с широко распространенной мелкой пористостью, содержит минимум мелочи (0-5 мм) и кусков более 60 мм, не имеет видимых включений сырой руды и флюса.

В зависимости от состава спекаемых руд агломерат может менять цвет от светло-серого или серебристого до вороненого. Форма кусков агломерата округлая; наличие множества кусков неопределенной формы указывает на недостаточную прочность агломерата. Если агломерат сильно оплавлен, его структура ноздревато-ячеистая с крупными оплавленными полостями, то такой агломерат имеет пониженную восстановимость.

Для оценки механической прочности агломерата пробу в количестве 20 кг крупностью выше 40 мм загружают в барабан, диаметр и длина которого соответственно равны 1,0 и 0,6 м. Барабан вращается в течение 4 минут со скоростью 25 об/мин. После этого производят отсев фракции меньше 5 мм. Количество этой мелочи, отнесенное к массе всей пробы и выраженное в процентах, является показателем прочности агломерата.

Прочность окатышей характеризуется величиной механической нагрузки, соответствующей моменту раздавливания единичного окатыша. Для этой цели десять окатышей в окислительной, восстановительной или нейтральной атмосфере при одной и той же температуре поочередно раздавливаются, нагрузка раздавливания записывается на ленте.

Восстановимость руд, агломерата и окатышей характеризуется скоростью отнятия кислорода от окислов газом-восстановителем. В качестве восстановительного газа используют водород или окись углерода. Определение восстановимости производят при температурах 800-900 ^оС.

Также в доменную шихту вводят некоторое количество марганцевой руды, что делается в основном для получения более подвижных шлаков.

Основным минералом, входящим в состав марганцевой руды и являющимся устойчивым при обычной температуре и нормальном давлении, является пиролюзит MnO₂ (Mn 60-63%). Этот минерал имеет черный или серо-стальной цвет, полуметаллический блеск, плотность его 4,8 г/см³. В марганцевых рудах, используемых для выплавки передельных чугунов, содержание марганца составляет 30-40%, содержание кремнезема изменяется от 15 до 35 %, а отношение содержания марганца к содержанию железа равно 3-5.

В качестве металлодобавок также используют металлический скрап и стружку. Они должны быть чисты от вредных примесей, а также не иметь кусков негабаритных размеров.

В случае нарушения технологии производства и получения агломерата или окатышей повышенной или пониженной основности для поддержания оптимального шлакового режима доменной плавки используют флюсы (кислые или основные). Ценность основного флюса – известняка определяется содержанием в не окиси кальция СаО. В качестве кислого флюса в основном применяют кварцит, основным компонентом которого является кремнезем SiO₂.

Необходимо вести ежесменные расчеты шихты и баланс серы за последние сутки, т.к. это имеет большое значение для оперативного контроля. Так колеблемость основности негативно сказывается на тепловом режиме доменного процесса, что сейчас характерно для ММК.

Ввод в аглошихту известняка существенно изменяет условия формирования агломерата. Необходимость полного усвоения извести требует значительного развития жидких фаз, их высокой подвижности. Благодаря этому офлюсованный агломерат отличается крупнопористой структурой.

Агломерату с основностью 0,5 соответствует многофазный состав. Фазы различаются коэффициентами температурного расширения, температурой плавления и кристаллизационной способностью.

Уменьшение прочности агломерата с увеличением основности до 1,5 объясняется увеличением содержания двухкальциевого силиката 2СаО∙SiO₂, что приводит к образованию фазовых напряжений, обусловленных полиморфными превращениями β- структуры в γ-структуру (при этом переходе происходит увеличение объема в 10 раз уже при температуре 850^оС, за счет чего и снижается прочность). При дальнейшем увеличении основности 2СаО∙SiO₂ превращается в 3СаО∙SiO₂, который не притерпивает подобных изменений.

Поставщиков сырья смотри в табл. 1.