Современное металлургическое производство
Исследование системы различных производств, базирующихся на месторождениях руд, коксующихся углей, энергетических комплексах. Обзор сортировки материалов по крупности частиц на механических ситах. Анализ принципа действия щековых и конусных дробилок.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.03.2012 |
| Размер файла | 393,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Современное металлургическое производство - это сложная система различных производств, базирующихся на месторождениях руд, коксующихся углей, энергетических комплексах.
Железные руды представляют собой полиминеральную горную породу, содержащую рудные минералы, представленные в виде оксидов, реже карбонатов или силикатов и пустую породу. Различают следующие минералогические типы железных руд.
1. Красный железняк - руда, образованная безводным оксидом железа Fe2O3 - гематитом. Красный железняк является самым распространенным видом руды, обычно характеризуется высоким содержанием железа (до 55-58%) и низким содержанием вредных примесей. Месторождения красных железняков обычно экзогенного либо метаморфогенного происхождения.
2. Бурый железняк - руда, образованная водными оксидами железа Fe2O3·nH2O.
Бурые железняки содержат до 40% железа, обладают высокой пористостью и восстановимостью, имеют обычно осадочное происхождение.
3. Магнитный железняк - руда, образованная магнитным оксидом железа Fe3O4 - магнетитом (содержание железа 30-50% и серы до 4,0%). Они, как правило, магматогенного происхождения. От других железосодержащих минералов отличается магнитными свойствами, что позволяет ее эффективно обогащать магнитной сепарацией.
4. Сидеритовая руда (шпатовый железняк) - образована карбонатом железа - сидеритом FeСО3. Имеет осадочное или гидротермальное происхождение, характеризуется низким содержанием железа (28-35%) и высокой восстановимостью. При воздействии влаги и кислорода атмосферы на верхние слои месторождения сидериты могут преобразовываться в бурые железняки, так как оксид железа (II) в молекуле FeO·CO2 окисляется и поглощает влагу.
5. Ильменит FeTiO3 - титанат железа. Эти руды магматического происхождения называются титаномагнетитовыми.
Практически не встречаются железные руды, в которых все железо находилось бы в виде одного соединения (оксида или карбоната). Даже в самом «чистом» красном железняке есть незначительное количество оксида FeO, поэтому при определении минералогического типа следует исходить из содержания преобладающего оксида.
Критерием оценки железных руд являются:
1. Содержание железа;
2. Тип основного железосодержащего минерала;
3. Состав и свойства пустой породы;
4. Содержание вредных примесей;
5. Стабильность химического состава;
6. Восстановимость;
7. Куксоватость;
8. Прочность;
9. Пористость;
10. 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 %. Кусковые 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.
Руды черных металлов -- железа, марганца и хрома -- подвергают металлургическому переделу (плавке) как в естественном, так и в обогащенном виде.
В естественном виде руды используют в тех случаях, когда они удовлетворяют требованиям металлургов (кондициям) по содержанию основных металлов и других элементов; руды с низким содержанием основных металлов подвергать непосредственной плавке экономически невыгодно.
Кроме железа, марганца и хрома, руды могут содержать вредные примеси, которые, переходя при плавке в готовый продукт, делают его непригодным для дальнейшего металлургического передела и использования. Поэтому во всех случаях, когда руды черных металлов загрязнены нежелательными компонентами в повышенном количестве или бедны основными элементами, их подвергают обогащению.
Однако даже руды, удовлетворяющие требованиям металлургического передела по химическому и минеральному составу, не всегда могут быть пригодны для плавки по физическим свойствам. Так, плотные твердые руды при добыче имеют повышенное содержание крупных кусков (до 1000--1500 мм в диаметре) и в таком виде не могут быть подвергнуты плавке.
Крупнокусковое и порошковатое рудное сырье может быть доведено до кондиций, соответствующих металлургическому переделу, с помощью механических и других способов обработки, совокупность которых называется рудоподготовкой.
Технологическая схема рудоподготовки не является постоянной и разрабатывается в каждом отдельном случае в зависимости от качества сырья и требований, предъявляемых к конечному продукту.
Если руда соответствует техническим требованиям по химическому и вещественному составу, ограничиваются простейшими операциями, изменяющими физические свойства (гранулометрический состав и прочее). В этом случае рудоподготовка сводится к дроблению некондиционных кусков, сортировке материала по крупности, усреднению готового сырья и окускованию мелочи.
Руды, непригодные для плавки по содержанию основных элементов и вредным примесям, обычно подвергают подготовке по сложным технологическим схемам с применением различных обогатительных процессов. Обогащение приобретает особо важное значение в связи с истощением запасов богатых руд и вовлечением в использование руд с низким содержанием основных металлов или повышенным количеством вредных примесей.
Необходимость подготовки руд к доменной плавке обуславливается стремлением улучшить технико-экономические показатели работы доменных печей и использовать для получения чугуна сравнительно бедные железные руды. Чем выше содержание железа в шихте и лучше ее газопроницаемость, тем выше производительность печи, ниже расход кокса и флюсов и лучше качество чугуна. Повышения содержания железа в доменной шихте достигают обогащением железных руд, а улучшения газопроницаемости шихты в доменной печи - окуксованием мелких железных руд и концентратов. Расчетами и опытом установлено, что при повышении содержания железа в руде на 1 % производительность печи возрастает на 2,0 - 2,5 %, а расход кокса снижается на 1,4 - 2 %.
месторождение руда угль дробилка
Дробление
Руда может быть в виде кусков до 1500 мм при открытой добыче и до 300 мм при подземной добыче. Дробление руд применяется как самостоятельная операция для получения кусков руды требуемого размера и как вспомогательная операция при обогащении руд для разрушения механических связей между железосодержащим минералом и пустой породой.
Пустой породой железных руд называются балластные соединения, не содержащие железо. Указанные выше рудные минералы в чистом виде практически не встречаются, они всегда сопровождаются большим или меньшим количеством пустой породы, которая может органически входить в структуру руды или примешиваться в процессе добычи. Количественное соотношение рудного минерала и пустой породы, прежде всего, определяет богатство руды.
Независимо от последующей схемы подготовки руды к плавке вся добываемая руда проходит, прежде всего, стадию первичного дробления, так как величина крупных кусков и глыб при добыче намного превышает размер куска руды, максимально допустимый по условиям технологии доменной плавки. Техническими условиями на кусковатость в зависимости от восстановимости предусматривается следующий максимальный размер кусков руды: До 50 мм для магнетитовых руд, до 80 мм для гематитовых руд и до 120 мм для бурых железняков. Верхний предел крупности кусков агломерата не должен превышать 40 мм.
Цель дробления - придание кускам материала определённых размеров или освобождение зерен рудного минерала для последующего обогащения.
Существуют следующие способы дробления (рисунок 1): раздавливание (а), истирание (б), раскалывание (в), удар (г), раздавливание совместно с раскалыванием (д), раздавливание совместно с изгибом (е).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1 - Способы дробления
Наиболее дешевым методом дробления является раздавливание, а наиболее дорогим - истирание, связанное с наибольшим расходом энергии. По принципу истирания производится тонкое измельчение. На выбор метода дробления большое влияние оказывают свойства материалов.
Дробление и измельчение могут быть сухими и мокрыми. Обычно крупное, среднее и мелкое дробление осуществляют сухим способом.
При дроблении глинистых руд в рабочую зону дробилок иногда подают воду для обеспечения лучшей проходимости руды в процессе дробления, но такой метод нельзя отнести к мокрому дроблению.
Мелкое дробление и измельчение осуществляют сухим или мокрым способом в зависимости от характера последующих процессов обогащения и свойств полезных ископаемых.
Процесс дробления очень сложный и зависит от следующих факторов: размеров, формы и взаимного расположения отдельных кусков материалов в рабочей зоне дробилки, физических свойств руды (прочность, твердость, вязкость, плотность, однородность, трещиноватость, влажность), а также конфигурации рабочих органов оборудования, траектории их движения, массы, скорости и угла встречи с обрабатываемыми рудами.
Выбор способа дробления и типа дробилок зависит от физических свойств материала, начальной и конечной крупности его кусков. Твердые и вязкие материалы рациональнее дробить раздавливанием, ударом и истиранием; хрупкие - раскалыванием. Дробилки бывают щековые, конусные , грибовидные, молотковые , валковые .
Измельчение материалов, являющееся подготовительной операцией перед обогащением, выполняется в барабанных мельницах, в которые загружают дробленую руду крупностью от 8 до 50 мм после второй, третьей и даже четвертой стадий дробления. Измельчение происходит за счет свободно падающих дробящих тел в шаровых или стержневых мельница. Измельчение может производиться как в присутствии воды (мокрое), так и без нее (сухое). Как правило, мокрое измельчение производится, если последующее обогащение руды идет в водной среде.
При вращении мельницы за счет трения между шарами и ее стенкой шары начнут подниматься в сторону вращения до тех пор, пока угол подъема не превысит угла естественного откоса, после чего они начнут падать вниз, измельчая материал. В зависимости от частоты вращения барабана в мельнице создаются различные режимы измельчения: каскадный , смешанный , водопадный .
Руду загружают в мельницу через пустотелую цапфу с одной стороны, а с другой - измельченный продукт выходит из мельницы.
По методу разгрузки измельченного продукта различают мельницы со свободным выходом продукта и с принудительной разгрузкой через решетку.
Мельницы заполняют шарами на 30-50% их объема. Перегрузка и недогрузка мельницы шарами нерациональны: перегрузка ведет к повышенным расходам энергии и шаров, а недогрузка снижает производительность.
Грохочение и классификация
Разделение, или сортировка, материалов по крупности частиц на механических ситах называется грохочением, а разделение материалов при свободном падении в воде или воздухе - воздушной или гидравлической классификацией. Материалы крупностью частиц более 1-3 мм разделяются грохочением, а более мелкие - классификацией.
Основными показателями этих процессов являются: производительность, измеряемая массой исходного (поступившего на грохот) продукта, и эффективность, измеряемая коэффициентом полезного действия.
Практически полное выделение мелких фракций никогда не достигается и значение е колеблется от 50 до 95%.
Целью грохочения является полное выделение мелкой фракции подрешетного продукта из исходного материала. Большое влияние на процесс грохочения оказывает состав исходного материала по крупности. Зерна, размер которых в два раза меньше размера отверстия сита, проходят через него легко. Процесс грохочения ухудшается и производительность грохота снижается, если в материале содержится много крупных зерен, по размеру близких к размеру отверстия сита грохота (0,7-1,0 размера отверстия сита). Такие зерна называются «трудными».
Грохоты наиболее широко применяются для предварительной сортировки руды на месте добычи и для сортировки агломерата при разгрузке его с агломерационной машины.
Эффективность грохочения составляет 85-90%, а производительность наиболее крупных моделей (размер сита 2000х2700 мм) достигает 250 т/ч.
Более производительными и совершенными по конструкции являются вибрационные грохоты, в которых рама с ситом приводится в движение эксцентриковым валом-вибратором.
Гидравлическая классификация основана на разной скорости осаждения в воде частиц материала различной крупности. Такой классификации подвергают материал, частицы которого не крупнее 3-4 мм, т.е. песок или шлам. При обработке однородного материала, частицы которого имеют одинаковую плотность, происходит их разделение по крупности, т.е. классификация. Если же частицы имеют одинаковые размеры, но состоят из разного материала, т.е. частицы имеют разную плотность, при осаждении в жидкости проходит разделение материала по виду. Это используется в процессах обогащения.
Большое значение имеет и форма частиц - круглые и гладкие частицы осаждаются быстрее, чем угловатые и шероховатые.
В реальных процессах в жидкости находится не отдельная частица, а масса материала, поэтому осаждающееся зерно испытывает и сопротивление окружающих его других зерен. Скорость осаждения в таких условиях всегда меньше.
В устройствах для классификации разделение обычно совмещено с движением массы материала в потоке жидкости. Наиболее распространенным устройством для гидравлической классификации материала является спиральный классификатор (рисунок 2), представляющий собой желоб с расположенными в нем вращающимися спиралями.
1 - желоб; 2 - спираль.
Рисунок 2 - Схема спирального классификатора
Разделяемый материал подается в виде пульпы. Крупные частицы оседают на дно и спирально выносятся в верхний конец желоба, где отделяются пески (крупная фракция). Мелкие частицы уносятся водой из нижней части желоба (слив).
Реже применяется гидроциклон , принцип действия которого основан на использовании центробежных сил. Подаваемая в конус пульпа вращается, крупные частицы отжимаются к периферии, опускаются вниз и выходят через насадку. Мелкие фракции выделяются внизу конуса в отдельный восходящий поток и удаляются через отверстие для слива .
Обогащение
Обогащением называется процесс разделения рудного минерала и пустой породы с целью повышения содержания металла в руде и уменьшения содержания пустой породы, а в некоторых случаях и вредных примесей. Все способы обогащения основаны на различии физических свойств рудных минералов и пустой породы. В результате обогащения руды получают:
1. концентрат - продукт, в котором содержится большая часть извлекаемого металла;
2. хвосты - отходы при обогащении руды, в которых содержится незначительное количество металла;
3. промежуточный продукт, в котором содержание металла больше, чем в хвостах и меньше, чем в концентрате.
Промежуточный продукт подвергают повторному обогащению.
В зависимости от метода обогащения и устройства аппарата степень извлечения железа при обогащении железных руд может изменяться от 60 до 95 %. Различают пять основных методов обогащения руд:
1. рудоотборка, основанная на различии цвета и блеска кусков рудного минерала и пустой породы;
2. промывка, основанная на разной размываемости кусков рудного минерала и пустой породы;
3. гравитационное обогащение - разделение в жидкой среде рудных минералов и пустой породы в зависимости от плотности зерен;
4. флотация - метод обогащения, основанный на различии физико-механических свойств поверхности частиц рудного минерала и пустой породы;
5. магнитная сепарация (самый распространенный метод обогащения), основанная на различии магнитных свойств минерала и пустой породы.
Обогащение промывкой основано на том, что глинистая и песчаная пустая порода размывается водой и уносится ею, в то время как на рудный минерал вода не действует. Поэтому такому обогащению подвергаются бурые железняки, сидериты, марганцевые руды, известняки. Промывка является наиболее простым и дешевым, но и малоэффективным методом обогащения - содержание металла в концентрате по сравнению с исходной рудой повышается всего на 2-8%.
Корытная мойка представляет собой желоб длиной 8 м, диаметром 2,5 м. Внутри помещены вращающиеся валы-шнеки. Желоб имеет наклон 5-10°. В нижнюю часть желоба непрерывно подается вода. За счет вращения лопастей более легкие глинистые и песчаные составляющие уходят в слив, а более тяжелые частички концентрата выносятся на выдачу с противоположного конца. Производительность 50-100 т/ч концентрата. Расход воды 2-6 м3/т исходной руды.
Наиболее простым агрегатом для промывки являются бутара и скруббер, представляющие собой вращающийся барабан из перфорированного (бутара) или сплошного (скруббер) листового железа, через который пропускается смесь воды с рудой. При пересыпании руды глинистая порода растворяется в воде и уносится. Возможно сочетание сплошного и сетчатого барабанов, дающее бутару-скруббер. Диаметр таких устройств достигает 1300, длина - 5000 мм, а производительность - 500 т/ч. Основной недостаток скрубберов и особенно бутар - высокий расход воды, достигающий 2-10 м3/т материала.
Гравитационные методы обогащения являются более эффективными. Они основаны на том, что рудный минерал железных и марганцевых руд имеет большую плотность, чем порода. При обогащении руд черных металлов из гравитационных методов наиболее широко применяются отсадка и разделение в тяжелых суспензиях и на винтовых сепараторах.
Широкое распространение получил метод гравитационного обогащения называемый отсадкой. При отсадке осуществляется разделение зерен материалов разной плотности в восходящем или пульсирующем потоке воды, который создается различными способами. Расслоение происходит из-за различной скорости оседания в воде частиц рудного минерала и пустой породы - богатые железом и более тяжелы частицы скапливаются внизу, пустая порода - сверху.
Гораздо большее значение имеет способ разделения в тяжелых суспензиях. Принцип этого способа заключается в том, что раздробленная до необходимой крупности руда помещается в суспензию - жидкость, плотность которой имеет промежуточное значение между плотность рудного минерала и пустой породы. В такой жидкости более легкая пустая порода всплывает, а рудный минерал тонет. Сепарация в этом случае не зависит от крупности кусочков руды. Суспензия представляет собой взвесь тонкоизмельченного материала (ферросилиций или магнетит) в воде.
Рисунок 3 - Барабанный сепаратор для гравитационного обогащения руд
1 - место подачи тяжелой суспензии; 2 - спирали; 3 - барабан; 4 - желоб для подачи руды; 5 - место разгрузки легкой фракции; 6 - разгрузка концентрата (черпаковый элеватор)
Основными агрегатами для такого обогащения являются барабанный и конусный сепараторы. Барабанный сепаратор (рисунок 3) представляет собой цилиндрический вращающийся барабан 3, внутри которого наварены спирали 2.
В барабан через желоб 4 подается обогащаемая руда, а по желобу 1 - суспензия. В суспензии руда разделяется - отходы сливаются через порог 5, а концентрат с помощью спиралей и черпакового элеватора 6 удаляется из барабана. Максимальная длина таких барабанов достигает 6 м, а диаметр - 3 м, скорость вращения составляет 3-6 об/мин, производительность - 250 т/ч.
Обогащение в тяжелых суспензиях обладает рядом недостатков:
- большие потери утяжелителя (FeSi), составляющие 0,4-0,5 кг/т руды;
- нестабильность суспензии, из-за чего приходится принимать меры для ее перемешивания;
- практическая невозможность обогащения руды крупностью менее 3 мм.
Обогащение методом флотации основано на различии в поверхностных свойствах, в частности способности смачиваться жидкостью зерен рудных минералов и частиц пустой породы.
Минералы, хорошо смачивающиеся водой, называются гидрофильными, плохо смачивающиеся - гидрофобными. Если небольшое количество жидкости (воды) поместить на поверхность твердой фазы, то на гидрофильной поверхности жидкость растекается, а на гидрофобной собирается в виде капли сферической формы (рисунок 4, а). Характер взаимодействия гидрофильных и гидрофобных тел с водой и газом внешне выглядит по-иному, если твердое тело и небольшой объем газа поместить в жидкость (рисунок 4., б).
Рисунок 4 - Схема взаимодействия гидрофильных (1) и гидрофобных (2) материалов с водой (3) и воздухом (4)
Способность тел смачиваться водой определяется в первую очередь природой материала или точнее - типом кристаллической решетки минерала. Принципиально процесс флотации - разделение хорошо и плохо смачиваемых жидкостью частиц - осуществляется следующим образом. В емкость с водой, через которую непрерывно пропускают мелкие пузырьки воздуха, загружают дробленую руду. Во время осаждения частички руды сталкиваются с поднимающимися пузырьками воздуха. В соответствии с характером взаимодействия фаз воздушные пузырьки «прилипают» к гидрофобным частичкам и поднимают их на поверхность жидкости. Частички же, хорошо смачиваемые водой, не взаимодействуют с пузырьками воздуха и осаждаются на дно бака-сепаратора.
С целью усиления различия смачиваемости отдельных минералов и для улучшения других условий процесса обогащение флотацией производят не в чистой воде, а в воде со специальными веществами-реагентами.
Для обогащения железных руд, главным образом, применяется магнитное обогащение (магнитная сепарация), которое позволяет получить наиболее высокие технико-экономические показатели.
Магнитное обогащение состоит в разделении минеральных зерен руды по их магнитной восприимчивости. Раздробленная руда вводится в магнитное поле, в котором зерна магнитного минерала притягиваются к полюсам магнита и, преодолевая постоянно действующие силы (силы гравитации, центробежные, сопротивление водной среды и др.), перемещаются в одном направлении, в то время как немагнитные зерна под действием этих сил движутся в другом направлении.
Обжиг шихтовых материалов
Первоначальной целью обжига руды было удаление влаги из бурых железняков и летучих веществ из сидеритов, удаление серы, улучшение восстановимости руды вследствие повышения пористости и растрескивания. Однако, с появлением и быстрым развитием агломерации такой обжиг стал ненужным, так как при спекании руд все эти задачи выполнялись вместе с окускованием.
В настоящее время производят обжиг известняка, который в дальнейшем используется в процессе агломерации.
СаСО3 > СаО + СО2 - 177,988 МДж.
Так же проводят магнетизирующий обжиг с целью повышения магнитных свойств, для последующего обогащения.
Восстановительный, или магнетизирующий, обжиг - это перевод слабомагнитных минералов железных руд в магнитные с целью последующего обогащения магнитной сепарацией.
Для магнетизирующего обжига руд применяются трубчатые печи, печи с кипящим слоем (реакторы) и шахтные печи.
Трубчатые печи являются наиболее освоенными агрегатами и практически единственными, нашедшими промышленное применение . Печь представляет собой длинную вращающуюся трубу, в которой, пересыпается руда. Навстречу руде движутся восстановительные газы, подаваемые с торца и вдоль печи.
Рисунок 5 - Схема трубчатой вращающейся печи (50х3,6 м) для магнетизирующего обжига руды
1 - загрузочная головка; 2 - бандаж; 3 - венцовая шестерня; 4 - периферийные горелки; 5 - разгрузочная головка; 6, 9 - соответственно разгрузочный и загрузочный пороги; 7,8 - соответственно опорный и упорный ролики.
Перемешиваясь в печи в течение 1,5-2 ч, руда нагревается до 700 - 800 °С и обрабатывается восстановительными газами.
Обожженная руда выгружается в специальный охладительный барабан с водой, где охлаждается без контакта с кислородом. Производительность такой печи составляет до 1000 т руды в сутки. Преимуществами трубчатых печей являются возможность обжига в них руд с различной крупностью частиц, применения разнообразного топлива и сравнительно низкий его расход - 4,5-5,5% у.т. от массы руды.
Усреднение материалов
Железные руды по условиям залегания и добычи всегда имеют непостоянный химический состав. Значительные и частые колебания содержания железа и пустой породы в рудах вызывают нарушение теплового состояния доменной печи (повышение его приводит к разогреву печи, а снижение - к похолоданию) и химического состава шлака. Это приводит к нарушению ровного хода печи, опасность похолодания заставляет вести процесс с резервом теплоты, т.е. с перерасходом кокса. При этом снижается производительность печи и ухудшается качество выплавляемого чугуна. Изменение гранулометрического состава шихты вызывает нарушение установившегося распределения материалов на колошнике и изменяет распределение газового потока.
Для недопущения этого плавка должна вестись на шихте стабильного состава. Опытом работы доменных печей установлено, что при снижении колебаний железа в шихте с 2,5 до ±0,5% производительность доменных печей повышается почти на 7%.
Наиболее эффективным способом стабилизации состава руды является усреднение - это смешивание больших масс материала с целью увеличения его однородности, в первую очередь по химическому составу.
Практически усреднение производят следующим образом. Из большого числа (до 1000) тонких горизонтальных слоев материала формируется штабель. При этом предполагается, что состав каждого отдельного слоя по длине штабеля остается постоянным. Забор материала производится с торца штабеля, одновременно захватывая все слои по высоте. В результате химический состав каждого объема забранного материала практически одинаков.
Процесс усреднения стараются производить на всех этапах переработки руды, начиная от карьера и заканчивая бункерами доменного цеха.
Требование послойной укладки предъявляется также и при складировании в бункерах. Это достигают транспортерной загрузкой руды в бункера с передвигающейся сбрасывающей тележкой (рисунок 4.23, а) или последовательным чередованием разгрузки вагонов, стоящих на параллельных путях над бункерами (рисунок 4.23, б). При разгрузке бункеров происходит перемешивание послойно загруженной руды и выравнивание ее химического состава.
Железные руды и концентраты подвергают усреднению и на складах металлургического завода. Таким же способом усредняют и железорудный концентрат. Часто в штабель концентрата частично укладывают агломерационную руду и известь. Добавка руды в концентрат способствует его разрыхлению, а добавка извести - снижению влажности и смерзаемости в зимнее время и лучшему усвоению ее в процессе подготовки шихты для окускования. На некоторых заводах емкость штабеля достигает 200-250 тыс. т. При соблюдении установленных правил усреднения на рудном дворе можно достичь степени усреднения, характеризующейся максимальным отклонением ±0,5% и коэффициентом усреднения равным 2,6-2,8.
Последний этап усреднения руд и концентратов осуществляется в приемных и шихтовых бункерах аглофабрики и в процессе подготовки шихты к спеканию.
Окускование является заключительным и поэтому важным этапом подготовки железорудных материалов к плавке.
В основе процессов смешивания и окомкования лежит взаимное перемещение частичек в объеме шихты, поэтому результаты обоих процессов, кроме свойств сыпучего материала, будут определяться режимами работы аппаратов-смесителей и окомкователей. Повсеместно на агломерационных фабриках операции смешивания и окомкования шихты выполняют с помощью вращающихся барабанов, простых по устройству и в эксплуатации, обладающих высокой производительностью.
Учитывающим комплекс воздействие всех сил на тело во вращающемся барабане.
Задачей окомкования является создание гранул (комков) шихты достаточно большого диаметра в узком интервале крупности. Верхний предел размеров гранул определяется процессами горения: оно сильно замедляется, если частица топлива находится в крупной грануле. Уменьшение размеров гранул снижает газопроницаемость шихты, т.е. также замедляет процессы горения.
Сущность процесса окомкования состоит в физико-химическом взаимодействии твердых частиц шихты и жидкости, вводимой в шихту. Причиной окомкования являются молекулярные силы, возникающие при введении жидкости или коллоидных веществ. Различают следующие механизмы окомкования: капиллярный, объясняемый действием поверхностного натяжения увлажняющей жидкости, и клеевой, или цементационный, объясняемый действием молекулярных сил при введении коллоидных веществ, клеев.
Коллоидные вещества, вводимые в шихту или содержащиеся в ней, заполняют поры между твердыми частицами комкуемой шихты, что приводит к увеличению молекулярных сил сцепления. Добавка коллоидных веществ особенно сильно увеличивает прочность комков после испарения воды. Шихты, содержащие коллоидные вещества или клеи, комкуются лучше. Например, при наличии в шихте руд с глинистой пустой породой, бурых железняков, аморфных руд окомкование улучшается.
Кристаллические чистые руды - магнетиты, магнетитовые концентраты - комкуются плохо, образуют непрочные гранулы. В некоторых случаях в шихту специально вводят коллоидные вещества. При производстве окатышей почти обязательной является добавка в шихту 0,5-1,5% тонкодисперсной глины - бентонита. На процесс окомкования оказывает влияние продолжительность пребывания материалов в барабане. Она определяется длиной барабана и степенью его заполнения материалом.
Таким образом, для улучшения процесса окомкования необходимо: а) применять материалы, хорошо смачиваемые водой; б) вводить в состав шихты тонкоизмельченные материалы; в) создавать в окомковательном устройстве оптимальную влажность; г) вводить в шихту коллоидные добавки или применять руды с глинистой пустой породой; д) увеличивать длину окомковательного барабана.
Существует три метода окуксования руд и концентратов:
1. агломерация (процесс спекания мелких руд и концентратов путем сжигания топлива в слое спекаемого материала или подвода высокотемпературного тепла извне);
2. окатывание (процесс получения из концентрата сырых шаров диаметром 10 - 25 мм и последующего их обжига при температуре 1200 - 1350° С);
3. брикетирование (процесс прессования пылеватых руд и концентратов в куски одинаковой формы с добавкой или без добавки связующих веществ).
В черной металлургии наибольшее распространение получила агломерация и окатывание руд.
Агломерацией называется процесс окускования материалов спеканием за счет сжигания топлива в самом материале или подвода тепла со стороны. Наибольшее распространение агломерация получила для спекания руд черных и цветных металлов, хотя принципиально она применима и для тепловой обработки многих других материалов. Главную роль играет метод агломерации просасыванием, при котором горение топлива в слое спекаемого материала осуществляется за счет непрерывно просасываемого воздуха.
Компоненты агломерационной шихты поступают на агломерационную фабрику в кусках различной крупности. Подготовка материалов по крупности сводится, прежде всего, к уменьшению размеров кусков. Для таких материалов, как железорудный концентрат, колошниковая пыль, марганцевая руда, окалина и других, не требуются дробление и измельчение, т.к. размер их частиц не превышает 2 мм. В то же время руды с частицами крупнее 10 мм спекаются плохо и образуют легко разрушающийся агломерат. На современных агломерационных фабриках руду обычно не сортируют, так как дробильно-сортировочные фабрики горнодобывающих предприятий поставляют отсортированную агломерационную руду с верхним пределом крупности 8-12 мм.
Перед спеканием шихту смешивают, увлажняют и окомковывают во вращающемся барабане, в результате чего из пылеобразного материала получаются влажные комки размером 0,5-5 мм. Это придает слою шихты газопроницаемость, что имеет большое значение для агломерационного процесса.
Спекание протекает следующим образом. На колосниковую решетку загружают тонкий слой постели, т.е. слой ранее полученного агломерата, с крупностью частиц 10-20 мм, который предотвращает просыпание шихты вниз. Затем в чашу загружают агломерационную шихту слоем толщиной 200-350 мм. После этого включают эксгаустер, который создает под колосниковой решеткой разрежение в 10-12 кПа и тем самым просасывает через слой шихты непрерывный поток воздуха. Если теперь над чашей на короткое время поместить, например, газовую горелку, то частицы топлива, находящиеся в шихте, воспламенятся и начнут гореть в сравнительно тонком слое толщиной 20-30 мм. Этот слой будет непрерывно опускаться вниз, нагревая и спекая шихту в агломерат. Процесс заканчивается, когда зона горения достигает постели.
Производство окатышей
Из шихтовых бункеров на конвейере дозируются концентрат и измельченный до частиц крупностью 0-0,3 мм известняк. Затем шихту смешивают в барабане и подают на гранулятор . Он представляет собой круглый диск (тарель) с бортами, расположенный наклонно. При вращении диска на его поверхности происходит накатывание окатышей. Перед гранулятором для лучшего окомкования к добавляют 0,3-1,5% бентоните глины (чаще 0,5-1% от массы шихты), а на гранулятор через распылю форсунку подается вода, Образовавшиеся на грануляторе окатыши направляются в устройство для обжига.
Главными этапами процесса являются: подготовка шихтовых материалов, дозирование и смешивание шихты; производство сырых окатышей; сушка, обжиг и охлаждение окатышей.
Прочность сцепления частиц во влажном состоянии в значительной мере определяется величиной удельной поверхности материалов, которая, в свою очередь, зависит от величины частиц. Кроме того, прочность сцепления частиц зависит от их влажности. Зависимость прочности окатышей от количества влаги - экстремальная. При увеличении количества влаги прочность возрастает до определенного предела, обусловленного действием капиллярных сил. При дальнейшем увеличении влажности, прочность окатышей снижается, а затем снова возрастает. Второй максимум прочности объясняется тем, что при увеличении влажности с одновременным воздействием динамических нагрузок избыток влаги выжимается на зерне концентрата, в результате чего зерна уплотняются. Сырые окатыши должны обладать достаточной прочностью, чтобы не разрушаться при транспортировке к обжиговому агрегату, а также хорошей термостойкостью, чтобы не разрушаться при нагреве. Для получения прочных и термостойких сырых окатышей в шихту обычно вводят бентонитовую глину (бентонит).
Брикетирование - это превращение мелкозернистых полезных ископаемых в кусковой продукт за счет механических, химических или термических воздействий с применением специальных добавок или без них, за счет физико-химических процессов, позволяющих получить механически и термически прочный сортовой продукт - брикет определенной геометрической формы, размера и массы.
Брикетирование руд без добавки связующих веществ осуществляют прессованием под давлением до 100-120 МПа.
Сырые брикеты подвергают высокотемпературном обжигу (1200 °С и выше), в процессе которого происходит их упрочнение. Прочность обожженных брикетов на сжатие достигает 15-25 МПа. Этот способ широко применяется во многих странах.
Брикеты, полученные прессованием руд и концентратов с добавками связующих веществ, имеют высокую прочность, поэтому упрочняющему обжигу они не подвергаются. В качестве связующих добавок применяют следующие органические и минеральные вещества: каменноугольная смола, пек, асфальт и др. Но они широко не используются из-за их дороговизны.
Наибольшее распространение при брикетировании получили более дешевые неорганические связующие добавки (портландцемент, гашеная известь, жидкое стекло, хлористый магний, чугунная стружка в смеси с поваренной солью и другое).
Качество окускованных материалов
Требования к качеству окускованных материалов для доменного производства сводятся к следующему:
а) по физическим свойствам: высокая механическая прочность, низкая дробимость и истираемость в обычном состоянии и минимальное ухудшение этих качеств в процессе восстановления, высокая пористость;
б) по физико-химическим свойствам: высокая восстановимость, высокая температура начала размягчения и малый температурный интервал его;
в) по химическому составу: максимальное содержание железа, высокая основность, обеспечивающая вывод сырьевого известняка из шихты, стабильность химического состава.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Отличия дробления и измельчения по своему технологическому назначению и месту в цепи последовательных операций обогатительных фабрик. Применяемые способы разрушения, степень и стадии. Особенности щековых, конусных, валковых и молотковых дробилок.
реферат [2,1 M], добавлен 18.05.2011Металлургическое производство и его структура. Основные перспективы развития металлургии. Применение продукции металлургического производства. Фрезерование как обработка материалов резанием с помощью фрезы. Классификация фрез по направлению зубьев фрезы.
курсовая работа [720,3 K], добавлен 24.09.2012Основные виды измельчения в технологии переработки пластмасс. Выбор метода в зависимости от механической прочности и размеров частиц исходного материала. Конструкция и принцип действия ножевых, молотковых и роторнных дробилок, а также струйных мельниц.
реферат [337,4 K], добавлен 28.01.2010Применение щековых дробилок в промышленности для крупного и среднего дробления кусковых материалов. Основные параметры - размеры загрузочного и разгрузочного отверстий. Схема подвеса подвижной щеки. Условие выпадения призмы материала при заданном захвате.
курсовая работа [104,9 K], добавлен 18.12.2010Обзор основных конструкций щековых дробилок. Определение геометрических параметров дробилки: параметры камеры дробления, угла захвата, хода сжатия. Определение частоты вращения эксцентрикового вала, производительности, работы дробления и мощности привода.
курсовая работа [833,6 K], добавлен 14.11.2017Машины предприятий нерудных строительных материалов. Специфика работы машин. Конусовидные дробилки горных пород средней и большой твёрдости. Процесс дробления. Установка и монтаж конусных дробилок. Организация монтажных работ. Дробилка СМД-17, СМД-18.
курсовая работа [11,1 K], добавлен 18.09.2008Современное металлургическое производство чугуна и стали. Схема современного металлургического производства. Продукция черной металлургии. Откатывание (производство окатышей). Образование сплава железа с углеродом при низкой температуре. Восстановление ме
лекция [1,0 M], добавлен 06.12.2008Исходные данные для проектирования комплекса производств лакокрасочных материалов и растворителей общей мощностью 7000 т/г. Основание для разработки исходных данных и общие сведения о технологии. Описание принципиальных технологических схем производства.
курсовая работа [83,8 K], добавлен 17.02.2009Назначение и область применения машин для измельчения. Классификация машин для дробления. Показатели оценки качества конечной продукции, производимой дробилкой ЩДП 1,2х1,5м. Анализ технических и эксплуатационных показателей работы щековых дробилок.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 16.03.2014Основы металлургического производства. Производство чугуна и стали. Процессы прямого получения железа из руд. Преимущество плавильных печей. Способы повышения качества стали. Выбор метода и способа получения заготовки. Общие принципы выбора заготовки.
курс лекций [5,4 M], добавлен 20.02.2010
