1. высокая производительность
применяемых аппаратов;
2. высокая производительность
труда (выпуск продукции на одного работника
в количественном или стоимостном выражении);
3. высокая степень
извлечения всех ценных компонентов;
4. минимальные энергетические
за счет использования источников тепловой
энергии или электричества;
5. высокая степень
комплексности использования сырья;
6. максимальное использование
вторичных энергоресурсов;
7. обеспечение возможности
комплексной механизации и автоматизации
всех операций;
8. использование
простой, дешевой, долговечной и удобной
в работе, пуске, наладке и ремонте аппаратуры;
9. обеспечение возможности
создания непрерывных, поточных, полностью
автоматизированных линий получения металлов;
10. обеспечение безопасных
и безвредных условий труда и охраны окружающей
природы.
На металлургическую
переработку, как правило, поступает не
один конкретный материал, а смесь различных
сортов сырья с флюсами и оборотами, называемая шихтой.
Шихта – это смесь различных
сортов рудного сырья с флюсами и оборотами.
Общие требования
к качеству шихт:
1. постоянство химического
состава;
2. однородность по
химическому, минералогическому и гранулометрическому
составу;
3. оптимальная крупность
компонентов шихты;
4. оптимальная влажность.
1,2 - влияет на
работу металлургических агрегатов;
3 – определяется
применяемым процессом, например
при шахтной плавки крупность должна составлять
- 50-100 мм; в отражательных печах – 2-5 мм;
в гидрометаллургии -60-80 мкм;
4 – зависит
от применяемого процесса, например,
в гидрометаллургии влажность
не ограничена, при плавки в
отражательных печах – 5-8%, в элетропечах
до 3%.
Различают две группы
подготовительных операций: механическую и химическую
подготовку.
Механическая
подготовка включает:
1. складирование
и хранение шихтовых материалов;
2. дробление и измельчение
исходных материалов (руд, флюсов, кусковых
оборотов0
3. сортировка материала
по крупности;
4. обезвоживание
исходных материалов сгущением, фильтрованием
и сушкой (иногда, оборот увлажнение)
5. окускование мелких
материалов (концентратов, рудной мелочи);
6. приготовление
шихты путем смешивания ее компонентов.
К химическая
подготовка относится подготовка
исходного сырья с изменением химического
состава, например обжиг или агломерация.
Пункты 2, 3, 4 рассматривать
не будем, так как они и являются и обогатительными
операциями.
Складирование и
хранение шихтовых материалов имеют первостепенное
значение в организации производства.
Этот процесс должен учитывать транспортные
возможности поставок всех компонентов
шихты, топлива и время, обходимое для
отбора проб, их химического анализа и
приготовления самой шихты. Излишние запасы
омертвляют материальные ценности, недостаток
приводит к убыткам или неритмичной работе
оборудования.
Одним из лучших
систем подготовки и хранение и подачи
шихты на металлургическую переработку
является послойное штабелирование в
механизированных шихтарниках. Механизированный
шихтарник представляет собой склад закрытого
типа, оборудованный транспортными средствами
подачи шихтовых материалов и разгрузки
готовой шихты.
Другим распространенным
методом приготовления шихты является
бункерная шихтовка. Этот метод предусматривает
хранение шихтовых материалов в отдельных
бункерах, из которых материалы в соответствии
с расчетными количествами послойно дозируются
на транспортурную ленту. Перемешивание
компонентов шихты в этом случае происходит
при транспортировке.
Необходимость в
предварительном окусковании исходных
материалов обусловлена тем, что исходные
концентраты являются тонкоизмельченными
концентратами, пирометаллургические
процессы не могут перерабатывать мелкие
материалы и сопровождаются большим пылевыносом,
что указывает на необходимость укрупнения.
Окускование материала
осуществляется методами:
Окатывания
– укрупнения мелких
фракций руд, концентратов и порошков,
при которой материал скатывается в шаровидные
окатыши (гранулы), сохраняющие свою форму
и размеры при дальнейшей обработке.
Технологическая
схема окатывания включает три операции:
- подготовку
материала к окатыванию – измельчение
необходимых материалов (в случае
необходимости), подготовку по гранулометрическому
составу, увлажнение или сушку; тщательное
перемешивание компонентов шихты;
- собственно
окатывание – осуществляется
в барабанных или чашевых гранулярорах.
- упражнение
сырых гранул – может осуществляться
прокалка при температуре до 1000°С
и выше.
Брекитирования
– процесс окускования
путем прессования рыхлых и пылевидных
материалов в куски правильной и однообразной
формы – брикеты. Прочность обуславливается
действием сил молекулярного сцепления
в результате сближения отдельных частиц
при прессовании, либо под действием связующих
веществ, обеспечивающих необходимое
сцепление частиц.
Агломерации
– процесс спекания
мелкой руды или концентратов в прочный,
кусковой и пористый материал (агломерат).
Спекание происходит
за счет частичного расплавления легкоплавких
компонентов шихты, которые, смачивая
тугоплавкие куски сваривают их. При агломерации
сульфидных концентратов сульфидных концентратов
источников тепла является горение сульфидов
самой шихты, причем одновременно со спеканием
в этом случае происходит частичный или
полный окислительный обжиг.
Агломерация является
самым дорогим способом, но этот способ
обеспечивает хорошую химическую и термическую
подготовку шихты к плавке.
В некоторых случаях
может применяться комбинация этих методов
4.2. Производство
чугуна
Традиционными высокотемпературными
процессами черной металлургии являются доменный
процесспроизводства чугуна и производство
стали в различных плавильных агрегатах.
Чугун и сталь относятся к железоуглеродистым
сплавам на основе железа и углерода. Сплавы
железа с углеродом, содержащие более
2 % (до 6,67 % углерода, принято называть чугунами, а содержащие
менее 2 % углерода – сталями.
Первым
переделом при производстве
железных сплавов является доменная плавка.
Цель доменного процесса состоит
в получении чугуна из
железных руд путем их переработки в доменных
печах. Сырьем для доменной плавки являются топливо, железные
руды и флюсы.
При производстве металлов
широко применяются различные виды топлива: уголь,
кокс, горючие газы, мазут и др.Кокс получается
нагревом каменного коксующегося угля
без доступа воздуха. Кокс обладает большей
прочностью (что позволяет строить высокие
домны, имеющие большую эффективность)
и содержит меньше (по сравнению с углем)
вредных примесей.
Флюсы применяются при
производстве чугуна, стали и др. материалов для связывания пустой
породы и вредных примесей в соединения, удаляемые
со шлаком. Основный флюс
состоит из известняка СаСОз; кислый — из SiO2 (песок).
Железными рудами принято называть такие горные
породы, из которых экономически выгодно
извлекать железо методом плавки. Экономическая
целесообразность извлечения железа из
руд зависит от уровня развития техники
и характеристики месторождений.
Среди известных видов руд наиболее
распространены в природе руды осадочного
происхождения. Из этих руд выплавляется
более 90 % чугуна
В зависимости от типа рудного
минерала железные руды делятся на четыре
основные группы:
1.Красный железняк или гематитовая руда. Минерал
гематит - безводный оксид железа, в чистом
виде содержит 70 % железа и 30 % кислорода.
Это наиболее распространенная железная
руда.
2. Магнитный железняк или магнетитовая руда. Минерал
-магнетит (72,4 % железа и 27,6 % кислорода).
3. Бурый железняк представлен
железосодержащими минералами водных
оксидов железа, которые содержат от 59,8
% до 69 % железа.
4. Шпатовый железняк
- железная руда, основу которой составляет
минерал сидерит, содержащий 48,3 % железа.
Кроме перечисленных четырех
разновидностей железных руд, железо в
значительном количестве (46,6 %) содержится
в серном колчедане или пирите. Однако
пирит в доменную плавку не дают, его используют
в качестве сырья в сернокислотной промышленности,
а отходы в виде окисленного железа применяют
при производстве агломерата. Также находят
промышленное применение бедные железные
руды: магнетитовые и гематитовые кварциты,
в которых содержится до 45 % кремнезема
в виде свободного кварца. Кварциты обогащают,
получая железнорудный концентрат, содержащий
более 60 % железа.
Критерием оценки железных
руд являются: содержание железа, тип основного
железосодержащего минерала, состав и
свойства пустой породы, содержание вредных
примесей, стабильность химического состава, восстановимость,куксоватость,
прочность, пористость, влажность.
В настоящее время более 90 %
добываемых руд перед загрузкой в доменные
печи подвергают специальной подготовке,
в процессе которой перечисленные выше
характеристики руд значительно изменяются,
однако многие из них сильно влияют на
качество и свойства конечного продукта.
При оценке железной руды прежде всего
обращают внимание на содержание в ней
железа, которое колеблется в очень широких
пределах. Чем выше содержание железа
в железной руде, тем экономичнее и производительнее
работает доменная печь.
К богатым рудам
относят руды, содержащие железа 60 – 68
%, к средним 50 – 60
% и к бедным 40 – 50 %. Руды с высоким содержанием
железа могут перерабатываться в доменной
печи без предварительной подготовки,
но таких руд мало, и они в основном используются
при выплавке стали. Используются также
и руды с содержанием железа менее 40%. Эти
руды подвергают обогащению. Нижний предел
содержания железа в рудах определяется
выгодностью их использования.
Домна — шахтная печь
высотой до 100 м, полезным объемом до 5000
м3, внутри железного
кожуха которой выполнена огнеупорная
кладка. Огнеупорными материалами подразделяются на кислые (динасовый кирпич,
состоящий в основном из SiO2), основные: магнезитовые
(основа Мg0) и доломитовые (основа СаО) кирпичи
и порошок,глиноземистые (нейтральный
шамотный кирпич из SiO2 и Al2O3), углеродистые кирпичи. Домна
работает без перерыва в течение кампании (5-10
лет) до остановки на ремонт. Верхняя часть
домны называется колошником, средняя— шахтой, а наиболее
широкая часть — распаром. Нижний усеченный
конус уже и короче верхнего. В его нижней
части находится горн,имеющий
цилиндрическую форму. В нижней части горна
накапливаются жидкий чугун и шлак, которые
удаляются через отверстия: через верхнее
отверстие выпускают шлак, а через нижнее
— чугун. В верхней части горна находится
отверстие для вдувания воздуха.
Несколько выше
дна домны — лешади 6 имеются
форсунки (фурмы) 4, через которые
внутрь подается дутье: подогретый воздух,
часто обогащенный кислородом и содержащий
иногда газообразное, жидкое или пылевидное
топливо, что позволяет уменьшить расход
дефицитного кокса. Кокс, флюс, руда загружаются
сверху, через засыпной аппарат 3 порциями (колошами).
Таким образом, горячие газы подымаются
вверх и уходят в газоотвод 2, а шихта (руда,
кокс, флюс) по мере плавления опускается
вниз (принцип противотока). Жидкий чугун
собирается внизу, шлак выше. По мере надобности
чугун выпускается через летку ], шлак
— через летку 5. Отметим основные процессы,
происходящие в домне: