Технология производства чугуна

1. Крупное (размер кусков после дробления 100-300 мм).
2. Среднее (40-60 мм).
3. Мелкое (8-25 мм).

Грохочением называется разделение руды на классы по крупности. Для руд, поступающих на металлургический завод без обогащения, грохочение является самостоятельной и очень важной операцией, в процессе которой выделяют мелкую руду (0-10 мм) для агломерации, а крупную (более 10 мм) сортируют на два класса: доменную (10-30 мм) и мартеновскую (30-80 мм).

При обогащении руд на обогатительных фабриках грохочение является вспомогательной операцией, совмещаемой с дроблением руд. Это позволяет загружать в дробильные устройства только те фракции, которые подлежат дроблению, а следовательно, уменьшить расход электроэнергии на дробление, повысить производительность дробильных устройств и качество дробления. Грохочение руд осуществляется на механических ситах.

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 и химического состава шлака. Это приводит к нарушению ровного хода печи, при котором неизбежны повышение расхода кокса, снижение производительности печи и ухудшение качества выплавляемого чугуна.

Чтобы уменьшить отрицательное  влияние непостоянства химического  состава руд на показатели доменной плавки, руды подвергают усреднению. Усреднением называют перемешивание железорудных материалов с целью выравнивания химического и гранулометрического составов. В связи с тем, что почти все добываемые руды подвергают окускованию, основное назначение усреднения состоит прежде всего в уменьшении колебаний содержания железа и кремнезема в рудах. Необходимо добиться такого усреднения руд, при котором колебания содержания железа и кремнезема в руде не превышали бы ±0,5 % от среднего значения.

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.

Окускованием железных руд называются процессы превращения мелких руд и концентратов в кусковые материалы с целью улучшения хода металлургических процессов в печах различного типа для получения металлов из руд.

Современные технологии производства чугуна, стали, ферросплавов и литья  включают в себя окислительно-восстановительные процессы железосодержащего сырья и легирующих элементов с применением в качестве основного энергоносителя и восстановителя металлургического каменноугольного кокса в соответствующих тепловых агрегатах (печах).

Богатое железосодержащее сырье  представляет собой мелкую фракцию  и ведение металлургичеких процессов в печах требует их окускование для обеспечения достаточной газопроницаемости. Традиционно шихтой для таких переделов является агломерат, окатыши, железо прямого восстановления, чушковый чугун, металлолом, ферромарганец, ферросилиций и т.д., а также минеральное сырье в качестве флюсующих добавок.

Окускование является одной  из актуальных задач в подготовке железосодержащих материалов к металлургическому  переделу.

Известны три способа  окускования мелких руд и концентратов: агломерация, грануляция (окомкование) и брикетирование.

Агломерация- процесс получения кусков (агломерата) методом спекания мелкой руды и концентрата с топливом при высокой температуре горения. Благодаря высокой температуре в процессе агломерации возгоняется часть вредных примесей (например, сера).

Грануляция (окомкование-окатывание)- процесс получения окатышей, основанный на свойстве увлажненных тонко-измельченных частиц руды или концентрата образовывать окатыш большей или меньшей крупности и прочности, которым окатыванием в специальных аппаратах придается необходимый размер и форма, последующим обжигом- повышенная прочность.

Брикетирование - процесс получения кусков (брикетов) с добавкой и без добавки связующих веществ с последующим прессованием смеси в брикеты нужного размера и формы.

В России в настоящий момент производится около 52 млн. т. агломерата, 30 млн.т. окатышей и в промышленных объемах металлургические брикеты производит только одно предприятие.

Несмотря на давность использования  брикетирования, его теория изучена  слабо. Поэтому до настоящего времени  брикетирование является искусством, требующим большого экспериментального и практического опыта.²

Брикетирование  как перспективный метод окускования  на современном этапе развития промышленности.

Брикетирование в черной металлургии- это наиболее ранний способ окускования, который широко применяется для этой цели во второй половине 19 столетия. В начале 20 столетия брикетирование было вытеснено агломерацией по причинам:

• неэкономичность окускования брикетированием при помощи маломощных прессов с низкой производительностью, в то время как в агломерации были созданы машины с производительностью 2000 т. и более агломерата в сутки;
• возможность при агломерации удалить вредные примеси (S, As, Zn, и др);
• получать агломерат в офлюсованном виде.

И в настоящее время  производство металлургических брикетов в России не получило развитие в  широких производственных масштабах  по тем же самым причинам, хотя с  точки зрения технологии и экономики  производства оно имеет ряд преимуществ:

• брикеты имеют одинаковую правильную форму и вес, в данном объеме содержат больше металла, они обладают более высокой прочностью и лучшей транспортабельностью;
• обладают более высоким удельным весом;
• количество оборотного продукта на агломерационной фабрике составляет около 20-25%, а иногда и выше от общего потока шихты, в то время как на брикетной фабрике - не более 2%;
• весь кислород руды в брикете остается активным, в агломерате же он находится в связанном состоянии (в виде силикатов), первое особенно важно для доменного производства;
• экологическая безопасность брикетов (безотходность, отсутствие высоких температур при изготовлении);
• возможность применения в брикете в любом соотношении углеродосодержащего наполнителя для активизации процессов в металлургической печи (карбюризатор, восстановитель, энергоноситель);
• возможность использования всех видов тонкодисперсных железофлюсолигироуглеродосодержащих отходов металлургического передела.

Надо учесть, что попытки  использовать брикетирование в металлургии  для подготовки неметаллической  шихты не прекращались никогда. Особенно полно брикетирование как метод  окускования отвечает требованиям  утилизации мелких отходов метзаводов (сравнительно небольшое воспроизводство, непостоянство физико-химических свойств и пр.). Металлургическими предприятиями Франции ежегодно перерабатывается в брикеты до 4 млн.т. железосодержащих шламов и уловленной в газоочистках пыли. В черной металлургии США и стран Западной Европы уже давно наряду с железосодержащими материалами брикетируются другие мелкие отходы: известковая пыль, отходы ферросплавного производства, некондиционная мелочь плавикового шпата и прочие весьма ценные материалы. На их основе получают шихтовые брикеты и флюсы для металлургического производства.

К основным причинам недостаточного использования брикетирования в  отечественной практике следует  отнести сегодня следующие:

• неправильный выбор места и объема утилизации отходов;
• упрощенный (некомплексный ) подход к решению проблемы;
• использование неэффективных способов (технологий) брикетирования

Понятны пути решения этих трех проблем:

• максимальное приближение изготовления брикетов к техногенным месторождениям и, соответственно, предприятиям потребителям;
• создание металлургического самовосстанавливающегося и самоплавкого брикета с использованием нетрадиционного вяжущего и углеродистого наполнителя для всех видов металлургического передела, т.е. принципиально новой композиционной шихты;
• использование резерва имеющегося вибропрессовального оборудования для производства строительных изделий и создание упрощенных вибропрессовальных автоматических линий для производства металлургического брикета.

Экологические проблемы промышленности по утилизации отходов.

При производстве чугуна и  шихты для него (агломерат, окатыши, кокс), при производстве стали и  ферросплавов выделяется большое количество железоуглеродофлюсосодержащих отходов: до 6% от конечного продукта каждого передела, в то время как доля использования образующихся металлургических отходов в настоящее время в России не превышает 5% от объема их образования. Если учитывать накопление отходов в течение десятилетий, то речь идет о техногенных месторождениях, равноценных природным железоугольным месторождениям.

По некоторым оценкам  объем этих техногенных месторождений  по России и бывших странах СНГ  составляет 450-550 млн.т.

Большие исследование по использованию  брикетирования в металлургии проводились  в СССР рядом институтов (Московский горный и Грузинский политехнический  институты, Воронежский госуниверситет, ЦНИИчермет, ДонНИИчермет и др) и промышленными предприятиями (ММК, БМК, заводы Коммунарский и Челябинский, Лисаковский ГОК, Бакальское рудоуправление и др.)

По опыту российских и  зарубежных предприятий оптимальным  местом утилизации отходов метзаводов является их собственное производство, поскольку:

• по содержанию основных компонентов улавливаемые мелкие отходы (в основном пыли и шламы) близки к используемой в данном производстве шихте;
• менее жесткие требования при использовании отходов в собственном производстве, чем в случае их отправки сторонним организациям;
• наличие на метзаводах свободных мощностей и развитой инфраструктуры;
• большие трудности (и даже невозможность) транспортировки мелкодисперсных и влажных отходов, шлама на далекие расстояния.

Только брикетирование, из-за особенности своего технологического цикла, способно вернуть отходы в  металлургический передел, с достаточно высокой рентабельностью, улучшить экологию.³

Способ изготовления (холодное брикетирование)

Наиболее экономически выгодной и экологически безопасной является холодное брикетирование. Недостатки ранее принятой технологии изготовления брикетов на штемпельных, револьверных, вальцевых прессах (низкая производительность, сложность оборудования, ограниченность в размерах и т.д.) полностью решаются на вибропрессовальных линиях.

Формование брикета производится способом вибропрессования, т.е. одновременным воздействием на формовочную смесь вибрации и прессования.

В зависимости от области  применения металлургического брикета  возможно получение любого, отвечающего  требованиям каждого конкретного  металлургического агрегата и его 

шихты, состава брикета, с  добавлением различных легирующих и флюсующих добавок, с заданными  механическими свойствами.

Технологичность данного вида шихты 

Композиционная окускованная шихта включают в себя основные составляющие металлургической шихты конкретного передела, является идеальной для ведения технологического процесса, т.к. включает в себя постоянство химического, гранулометрического состава, а также равномерное распределение энерготеплоносителя и химического восстановителя по всему пространству теплового агрегата. Моношихта – это максимальная технологическая и экономическая целесообразность каждого передела.