Окусковування концентратів

 

Після збагачування концентрація заліза в руді збільшується до 60-70 %. Але при добуванні, транспортуванні, перевантажуванні, збагаченні частина корисної копалини настільки подрібнюється, що стає непридатною для використання у доменному процесі. Тому дуже подрібнену руду або концентрат окусковують, тобто переробляють на агломерат або окатиші.

3.4.1. Виробництво агломерату. Шихту для агломерату готують із дрібних концентратів, колошникового пилу, подрібненого палива і вапняку. Після перемішування шихту спікають при температурі 1100-1200 ºC на спеціальних агломераційних машинах. При цьому паливо згорає, сірка вигорає, Fe₂O₃ частково відновлюється до FeО. Утворюються пористі спечені куски матеріала, який називають агломератом (офлюсованим).

3.3.4.2 Виробництво окатишів. 90 % концентрату у вигляді пилу змішують з 1 % бетоніту (дрібнодисперсна глина) і 9 % вапняку. Потім суміш ретельно перемішують, уволожнюють і подають до тарільчатого гранулятора де вона окупчується, перетворюється в гранули розміром 10-20 мм. З допомогою стрічкового конвейера гранули поступають на сушку і відпал. При температурі 1200 ºC гранули зміцнюються. Після вистигання вони відвантажуються для використання у доменній печі.

Таким чином, вихідними матеріалами, що поступають з гірничодобувної промисловості до металургії є: руда, концентрат, агломерат, окатиші, вугілля і вапно.

 

Тема 5. ТЕХНІКА І ТЕХНОЛОГІЯ МЕТАЛУРГІЙНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

МЕТАЛУРГІЯ ЧАВУНУ

Металургія – це комплекс галузей промисловості, який займається ви-робництвом металів і їх сплавів.

Металургія, яка займається виробництвом чорних металів отримала назву чорної металургії. 94% усіх виплавлених металів належить чорній металургії.

Чорні метали є головними конструкційними матеріалами в машино-будуванні та будівельній індустрії.

Усі інші метали і сплави відносять до групи кольорових. Їх виробляє кольорова металургія.

Як чорна, так і кольорова металургія обіймає деякі види підготовки сировини (іноді збагачення руд), процеси отримання металів, очищення їх (рафінування), виготовлення сплавів, виробництво прокату.

Залежно від виду енергії, яка використовується в основних процесах, розрізняють пірометалургію і гідрометалургію.

В пірометалургії метали і сплави отримують і рафінують при високих температурах за рахунок згоряння палива або електронагрівання.

В гідрометалургії метали отримують із руд шляхом вилужування і виділення із розчинів без нагрівання до високих температур.

Основними вихідними матеріалами чорної металургії є чавун і сталь. Це сплави заліза з вуглецем з незначними домішками марганцю, кремнію, фосфору і сірки. Найбільший вплив на властивості чорних металів має вуглець. Сплав, що містить до 2,14% вуглецю називають сталлю, сплав з більшим вмістом вуглецю, називають чавуном.

На сучасних комбінатах чорної металургії застосовується трьохстадійна схема виробництва сталі:

- перша стадія – виробництво чавуну (доменний цех);

- друга – переплавка чавуну в сталь (сталеплавильний цех);

- третя – виробництво стального прокату (прокатний цех).

Сталеплавильних і прокатних цехів на металургійному комбінаті може бути декілька. Деякі комбінати мають у своїй структурі цехи по виготов-ленню феросплавів, які використовують як добавки при виплавці легованих чавунів і сталей.

Вихідні матеріали доменного процесу

 

Найбільш поширеними вихідними матеріалами при виробництві чавуну є руди, паливо і флюси.

1.2.1. У чорній металургії застосовують такі рудні матеріали:

- звичайний залізняк Fe₂О₃ містить 50-66% заліза. Його супроводжують пусті породи, найчастіше кварцит SiO_{2 .} Чистий гематит (після збагачення) вміщує 70% заліза;

- магнітний залізняк  Fe₃О₄ – 50-70% заліза;

- бурий залізняк Fe₂О₃*nH₂O – 30-50% заліза;

- шпатовий залізняк FeCO₃ – 30-40% заліза.

У невеликих кількостях використовують також марганцеві руди MnO₃, MnO_2, Mn₂O_{3 .}

Окрім перелічених руд, у доменному процесі використовують такі високопродуктивні напівфабрикати, як офлюсований агломерат і офлюсовані окатиші.

Використовують також прокатну окалину, металобрухт та колошниковий пил.

1.2.2. Паливо. Звичайне кам’яне вугілля добре горить при відсутності протягів. А в доменній печі завжди існують протяги, бо там застосовують повітряне або кисневе дуття. Тому для доменного виробництва кам’яне вугілля не придатне. У якості палива у доменному виробництві застосовують кокс, який отримують на коксохімічних заводах у вигляді міцних пористих кусків, що мають високу питому теплоту горіння і не згасають навіть при великих протягах. Для зменшення витрат коксу в доменну піч вдувають також природний газ, мазут, вугільний пил.

1.2.3. Флюси. Флюси – це речовини мінерального походження, які вводяться в доменний процес з метою полегшення відділення пустої породи від металу, сплавлення пустих порід і шкідливих домішок і утворення шлаку. Основним флюсом доменного процесу є вапняк CaCO₃.

Вихідні продукти у певному процентному співвідношенні, що призначені для завантаження у піч, називають шихтою. Шихту завантажують у піч періодично, порціями, які називають колошами. Приблизне співвідношення компонентів в одній колоші таке: три вагонетки рудного металу плюс дві вагонетки палива плюс одна вагонетка флюсу.

Колошу завантажують у піч через колошник, який розташований у верхній її частині.

 

Основні процеси, що відбуваються в доменній печі

 

В доменній печі відбуваються такі процеси:

а) горіння палива:               

C + O₂ ® CO₂ + Q;

    CO₂ + С ® 2CO - Q.

б) відновлення заліза:

       FeО + СО ® Fe + СО₂  + Q.

в) насичення заліза вуглецем:

        3Fe + 2СО ® Fe₃ С + СО₂;

або                 3Fe + С ® Fe₃ С.

Карбід заліза Fe₃С може розчинятись у залізі. В розчинному стані можуть також знаходитись у незначних кількостях марганець, кремній, форсфор та сірка. Уся ця суміш і називається чавуном.

г) шлакоутворення

FeS + СаО + С ® Fe + СаS + СО,

       СаS – це і є шлак.

Залізо відновлюється твердим вуглецем в зоні розпару при температурі 1700⁰ С.