книги / Технология металлов

В Англии доменное 'производство развивается за счет строи­ тельства крупных доменных печей с диаметром горна 7,6—8,7 м: Например, на заводе Стил Компани оф Уэлс в Моргане 10/1 56 г. задута до;менная печь (№4) с полезным объемом 1765 ж3. Про­ ектная производительность печи составляет 1525 тчугуна© сутки.

В нашей стране в последние годы построено несколько домен­ ных печей с полезным объемом 2000 ж3 каждая.

Гипромезом запроектировано оборудование доменной печи

Общая характеристика сырья

Исходными материалами для доменного производства явля-' ются железные, марганцевые, комплексные руды, отходы, произ­ водства, используемые взамен руд, топливо и флюсы.

Железные руды

По распространенности в зем-ной коре железо занимает чет­ вертое место после кислорода, кремния и алюминия. Земная кора содержит около 4,2% Fe в составе различных хим-ических соединений.

Наиболее распространенными являются: соединения железа

скислородом, углекислые соединения, соединения окиси железа

скремнекислотой и другими окислами, сернистые соединения.

Для получения сплава на основе железа, употребляют соеди­ нения, которые технически и экономически целесообразно пере­ рабатывать. Эти соединения называются рудами.

Руда представляет собой горную породу, состоящую из сме­ си железосодержащих минералов с соединениями, называемыми пустой породой. Пустая парода содержит, как правило, крем­ незем (Si02), глинозем (А120 3), окислы кальция, магния и др.

В настоящее время для получения чугуна употребляют сле­ дующие руды.

Магнитный железняк (магнетит) представляет собой закисьокись железа Fe30 4, обладающую магнитными свойствами. В чи­ стом виде он содержит до 72,4% Fe и 27,6% 0 2. Содержание железа в руде до 69%. Руда имеет темный цвет, от серого до черного, плотность 4,9—5,2.

Магнетиты залегают на Урале (горы Магнитная, Высокая

и Благодать).

Красный железняк (Fe20 3) — гематит состоит из окиси же­ леза. В химически чистой руде содержатся 70% Fe и 30% 0 2. Обычно руда содержит до 62% Fe. Плотность гематита 5—5,3.

Гематит составляет основу важнейших месторождений в ми­ ре. Эти руды широко распространены в разнообразных «видах: по отличительным особенностям они имеют различное назва­ ние— красный железняк, железная слюда, красная стеклянная голова и т. д. Цвет кристаллических разностей гематита от же­ лезо-черного до серо-стального.

Наиболее крупные залежи в нашей стране находятся на Юге в районе Кривого Рога.

Бурый железняк nFe20 3 • гаН20 содержит железо в виде вод­ ной окиси. В чистой руде около 60% Fe и 14% гидратной влаги.

По физическому состоянию и внешнему виду различаются обыкновенный бурый железняк, бурая стеклянная голова, болот­ ные и озерные руды. В буром железняке ^содержание железа колеблется от 30 до 50%. Крупными месторождениями бурого железняка являются Бокальское на Урале, Керчинское, Тульское

Из изоморфных примесей в них чаще всего присутствуют углекислые марганец и магний. Цвет сидерита желтовато-бу­ рый, сероватый, иногда с зеленым или бурьш оттенком. Плот­ ность 3,9. Содержание железа до 43%. Сидериты залегают около Златоуста, в Омутнинском районе Кировской области.

Силикаты железа входят как примеси в состав некоторых железных руд. К силикатам железа относят много минералов, например группу хлоритов, одним из представителей является шамозит — 4FeO • А120 3 • Si02 • 4Н20. Содержание FeO в этом силикате находится в пределах от 34,3 до 42,5%.

Сернистые соединения железа. Одним из основных минера­ лов, представляющих эту группу, является пирит (серный кол­

в них серы, для доменной плавки не применяют. Их используют для производства серной кислоты. Во время их обжига сера в значительных количествах удаляется и образуются пиритные огарки, представляющие собой окись железа. Эти огарки после агломерации могут идти для доменной плавки.

В рудах, кроме железосодержащих минералов, обычно содер­ жится пустая порода. Чаще всего в состав пустой породы входит

Железо считается полезной примесью при выплавке* низко­ процентного ферромарганца. При плавке же высокопроцентного ферромарганца наличие железа понижает содержание марган­ ца в сплаве, поэтому его присутствие в руде нежелательно.

СССР обладает крупными запасами марганцевых руд; глав­ ные из них приведены ниже.

Кавказское месторождение (Чиатурское)- Руда содержит от 25 до 47% марганца. После обогащения (промывки) содержа­ ние марганца повышается до 53%.

Никопольское месторождение. Руды этого месторождения со­ держат около 28% марганца, поле обогащения путем промывки содержание марганца повышается до 52%.

Уральское месторождение. На Урале имеются два месторож­ дения марганцевых руд — Полуночное и Марсятское. Сырая руда этих месторождений содержит 20—30% марганца.

Месторождения марганцевых руд имеются в Сибири ив Сред­ ней Азии.

Из других стран марганцевые руды имеются в Бразилии,

Индии и Африке.

Комплексные руды

К комплексным рудам относят такие, которые, кроме железа, содержат и другие металлы, восстановление их представляет промышленный интерес. К таким рудам относятся железомар­ ганцевые, хромистые, хромистоникелевые, ванадиевые, титани­ стые и др.

В большинстве случаев содержание железа в таких рудах бывает ниже, чем в обычных железных рудах. Содержание таких элементов, как никель, ванадий, титан, составляет небольшое количество.

Железомарганцевые руды имеются в Казахстане (Атасуйское месторождение). В этой руде наряду с высоким содержанием железа содержится до 20% марганца.

Хромиты — руды с высоким содержанием хрома. При вы­ плавке доменного феррохрома в качестве руды используется хромистый железняк Саранского месторождения следующего химического состава: 22,3% FeO, 37,5% Сг20 3, 5,3% Si02, 16,1%' А120з, 0,9% СаО, 1,49% MgO, 0,02% Р.

Хромистоникелевые руды. К этим рудам относятся руды с высоким содержанием хрома и никеля. В СССР имеется ряд месторождений, главнейшим из которых является Халиловское. Халиловекие руды представляют собой бурые железняки с со­ держанием 37—48% Fe, 0,8—1,6% Сги 0,4—0,7% Ni,

Железованадиевые руды (титаномагнетиты), кроме ванадия* содержат титан. Основными месторождениями являются Куоинское и Первоуральское. Например, руды Кусинского месторож­

дения содержат до 47,5% Fe, 0,35—0,5% V; 12—14% ТЮ2, 0,02% Р и 3—10% Si02.

Первоуральские руды содержат ~33% Fe, 0,26%| V, 3,2%

ТЮ2, 15%' Si02.

Высокое содержание ТЮ2 в рудах затрудняет процесс плав­ ки в доменных печах. Поэтому руды с высоким содержанием двуокиси титана обогащают с целью повышения восстанови­

мости руды.

В отдельных случаях © доменной плавке используют различ­ ные отходы производства 'с высоким содержанием железа. Мар­ теновский шлак, сварочные шлаки, окалину, колошниковую пыль и пиритные огарки.

Топливо, применяемое для доменных печей

При доменной плавке применяют твердое и газообразное топливо: кокс, антрацит, древесный уголь и природный газ. К твердому топливу для доменного процесса предъявляют сле­ дующие требования:

1. Горючее должно содержать небольшое количество золы

ималое количество вредных примесей (серы и фосфора).

2.Оно должно быть прочным, чтобы при прохождении через печь не разрушаться и не образовывать большого количества мелочи, препятствующего равномерному распределению газово­ го потока в печи.

3.Обладать необходимой реакционной способностью, т. е.

быть достаточно пористым, чтобы при горении его выделялось максимальное количество восстановительного газа (СО)„

Флюсы

Флюсами называются материалы, способствующие сплавле­ нию пустой породы руды и золы топлива. Продукты сплавления называются шлаками. Большинство руд при плавке требует до­ бавки флюса для получения шлака с нужными свойствами. Ко­ личество флюса'определяют расчетом.

Обычно в составе руд имеется избыток кремнезема, поэтому, добавляют в состав шихты основной флюс. Флюс, кроме пони­ жения вязкости шлака, способствует ошлакованию серы и фос­ фора. При глиноземистой пустой породе в руду вводят кислые флюсы, обычно это шлак с повышенным содержанием крем­ незема.

В качестве флюса в основном применяют металлургический известняк. Металлургический известняк, применяемый для до­ менной плавки, делят на три сорта (табл. 2).

Известняк обычно мало содержит серы и фосфора. Содержа­ ние фосфора в известняке учитывают только при выплавке мало­ фосфористого чугуна.

Кроме химического состава, известняк должен обладать опре­ деленными физическими свойствами. Он должен быть прочным, чтобы не было образования большого количества мелочи. По крупности должен иметь фракцию © пределах от 25 до 50—60 лш. В последние годы на ряде заводов практикуют применять доломитизированные известняки. Повышенное содержание MgO в из­ вестняках способствует улучшению термофизических свойств шлаков.

Наиболее известные месторождения известняков © СССР:

Еленовское, Балаклавское, Липецкое, Белорецкое.

Подготовка руд к доменной плавке

Руда для доменното процесса должна' иметь определенный химический состав и размер кусков.

По химическому составу она сортируется на классы и скла­ дируется. Крупные куски в доменной печи оказывают неблаго­ приятное влияние на процесс, так как приходят к уровню фурм недостаточно восстановленными, © результате чего ход домен­ ного процесса расстраивается и качество чугуна понижается. Мелкая пылевидная руда закупоривает межкусковые каналы, чем препятствует прохождению газов, кроме этого она способ­ ствует увеличению выноса пыли. Это приводит также к расстрой­ ству хода плавки и повышенным потерям.

Для ©едения нормального процесса доменной плавки добы­ тую руду специально подготавливают. Этим достигается повы­ шенная производительность доменной печи и возможность полу­ чить чугун требуемого качества. В настоящее время применяют следующие виды подготовки:

1)дробление крупнокусковой руды;

2)обжиг;

3)обогащение;

4)окускование;

5)усреднение по химическому и фрыкционному составу.

Дробление и сортировка руд по крупности

Дробление разделяют на четыре степени (по крупности кус­

ков руды):

а) крупное, при котором получают куски размерами около

мол) — крупность зерна 1,0 мм и менее.

Руда после крупного и среднего дробления идет непосред­ ственно для плавки. Мелкое и тонкое дробление применяется для руд, предназначенных для предварительного обогащения и агло­ мерации.

Крупное и среднее дробление производят на щековых или конусных дробилках. Для мелкого и тонкого дробления приме­ няют мельницы стержневые и шаровые.

Сортировка руд по крупности кусков является важной опера­ цией. Загрузка одновременно в доменную печь крупной и мелкой руды приводит к сосредоточению в одних местах мелочи, а в других — крупных кусков, т. е. к расстройству работы печи. Сор­ тировку руды производят грохочением на грохотах. Для этого строят на заводах дробильно-сортировочные фабрики. Напри­ мер, на фабриках Криворожского бассейна сортировка руды производится на три класса по крупности: куски — 80—130 мм, 10—30 мм и мелочь (отсев) — 0—10 мм.

Обжиг

ВXIX столетии обжиг руд с целью удаления гигроскопической

игидратной влаги, серы и разложения шпатовых железняков производили в специальных обжиговых печах в окислительной атмосфере.

Внастоящее время обжиг руд производится на агломераци­ онных установках и совмещается со спеканием порошковой руды или концентрата.

Обогащение руд

Обогащение руд имеет целью удалить пустую породу и вред­ ные примеси, соответственно повысить содержание металла в рудах. Обогащению подвергаются более 4—5% руд, переплав­ ляемых в доменных печах.

Для обогащения железных руд применяют промывку и маг­ нитную сепарацию. Промывка производится для разрушения

ивымывания мягких глинистых пород из руд при помощи воды

имеханического действия аппаратов. Промывкой обогащают руды, содерж-ащие песчано-глинистую породу.

Магнитная сепарация применяется для сухого и мокрого* обогащения. Сухое 'магнитное обогащение применяется для круп­ нокусковой руды. Мокрое —для руд с мелкой фракцией зерна.

Окускование руд

Подразделяется на брикетирование и агломерацию. Брикети­ рование применяют главньгм образом для чугунной стружки. Для этого мелкоизмельченную стружку смешивают с рудной мелочью и брикетируют на гидравлических прессах под давле­ нием до 2000 кг!см2.

Агломерацией называется процесс окускования руды посред­ ством спекания. Целью агломерации является не только окуско­ вание руды, но и улучшение металлургических свойств сырья, например удаление серы, введение флюса и др. Агломерацию железных руд производят в основном спеканием методом просасывания.

Спекание методом просасывания осуществляется на машинах периодического и непрерывного действия.

В первом случае шихта спекается в чашах, во втором — на лентах. Наиболее производительными являются ленточные агло­ мерационные машины, производительность которых доходит до 2000 тагломерата в сутки.

Сущность процесса агломерации состоит в том, что увлаж­ ненная рудная мелочь, иногда с добавкой колошниковой пыли, смешивается с измельченным твердым топливом крупностью до 3 мм и в разрыхленном состоянии загружается на колосники агломерационной машины слоем толщиной 200—350 мм. Затем топливо в смеси зажигается от газовых или нефтяных форсунок и создается разрежение под колосниками машины до 1200 мм вод. ст. При разрежении в слой шихты воздух поступает из атмосферы и происходит горение топлива, при этом разви­ вается температура до 1400° С. Во время горения топлива в ших­ те испаряется влага, окисляется сера и протекают физико-хими­ ческие процессы прекращения и спекания железных руд.

Усреднение химического состава железных руд

Руды одного месторождения не бывают одинаковыми по хи­ мическому составу. Содержание железа в рудах может коле­ баться в широких пределах (^15% ). Использование руд не одинакового химического состава приводит к неравномерному ходу работы доменной печи, снижению ее производительности, повышению расхода топлива и получению чугуна с небольшим колебанием по содержанию элементов. Поэтому руды необходи­ мо подвергать усреднению.

Для усреднения, например, в Криворожском бассейне, руды разбивают на пять классов с колебаниями в каждом классе железа ±2% от среднего и нерастворенного остатка ±3,0%..

Поступившая руда определенного класса разгружается не в одном месте, а рассыпается тонким слоем по рудному двору. Следующую поступающую порцию руды рассыпают таким же образом и образуют второй слой и т. д. Таким способом образуют штабель из нескольких слоев руды. Руду из штабелей берут грейфером таким образом, чтобы за один прием грейфер забирал руду от всех слоев штабеля.

На Магнитогорском комбинате усреднение руд осуществляет­ ся следующим образом: добыча руды планируется так, чтобы по­ ступающие с рудника руды по среднесуточному анализу имели отклонение от среднемесячного содержания железа не больше чем ±2%.

Не подлежащая обогащению руда после дробления сорти­ руется на три класса по крупности: 40—100 мм мартеновская руда; 40—80 мм кусковая доменная руда и мелочь от 0 до 3,0 мм — руда для агломерации.

Каждая руда усредняется отдельно: мартеновская руда в бункерах, доменная на открытом складе, мелочь, подлежащая спеканию, усредняется дважды: на складе аглофабрики и при смешении во время транспортировки из смесительных бункеров к агломерационным машинам.

Устройство доменной печи

Доменные печи, подобно всем шахтным печам, работают по принципу противотока. Сырые материалы — руду (агломерат), флюсы и топливо, загружают сверху. Под действием собственно­ го веса они непрерывно опускаются к основанию печи. В низу печи в результате горения топлива развивается тепло, которое передается восходящими горячими газами опускающимся мате­ риалам.

Доменное хозяйство состоит из самой доменной тгечи и вспо­ могательных устройств, рис. 1. Снаружи доменная печь имеет стальной кожух, а внутри выкладывается шамотным кирпичом. Верх доменной печи 1 называется колошником. Через колошник загружают шихту при помощи засыпного аппарата 2 и отводят по трубам 3 колошниковые газы из доменной печи. Вниз от ко­ лошника идет самая большая часть доменной печи — шахта 4, заканчивающаяся цилиндрической частью — распаром 5. Под распаром расположены заплечики 6, ниже— горн 7. Дно горна 8 называется лещадью. В верхней части горна расположены фур­ мы 9, через которые в печь поступает воздух. Ниже фурм име­ ются две шлаковые летки для выпуска шлака, а над подом гор-