Способы предварительной подготовки топлива и исходных материалов, применяемых в доменном производстве для получение чугуна

Для доменного процесса требуется прочное, неспекающееся твердое топливо, которое служит не только горючим для нагрева шихты и ее расплавления, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды. Естественные виды топлива не обладают необходимыми свойствами, так как они спекаются и недостаточно прочны. Поэтому для доменной плавки применяют твердое топливо – кокс.

 Подготовка руд к доменной плавке.

 Производительность доменной печи, расход кокса и качество получаемого чугуна зависят от  состава исходных материалов для плавки – железной руды, кокса, и флюсов. При увеличении содержания железа в руде, применении кокса определенной и равномерной кусковатости повышается производительность доменной печи, снижается расход кокса. Установлено, что в шихтовых материалах для доменной плавки оптимальное содержание железа должно быть 60 – 61 %. Однако содержание железа в добываемых рудах значительно ниже; кроме того, многие из них содержат вредные примеси, ухудшающие качество чугуна и стали, например серу, фосфор. Поэтому перед плавкой железные руды подвергают специальной подготовке, цель которой состоит в увеличении содержания железа в шихте, повышении ее однородности по кустоватости и химическому составу. Основные методы подготовки руды к плавке следующие: дробление и сортировка по крупности; обогащение; окускование. Метод подготовки руды зависит от ее качества.

Дробление и сортировка руд по крупности необходимы для получения кусков руды определенной величины, оптимальной для плавки. Куски руды дробят и сортируют по крупности на специальных агрегатах – дробилках и классификаторах.

Руды обогащают для повышения содержания железа в шихте. В результате обогащения руду подразделяют на концентрат с высоким (более 60%) содержанием железа и хвосты – отходы с небольшим содержанием металла. Способы обогащения руд основаны на использовании различия физических свойств минералов, входящих в состав руды: плотностей ее составляющих, магнитной восприимчивости, физико–химических свойств поверхностей минералов.

Промывка руды водой позволяет отделить плотные составляющие рудных минералов от пустой рыхлой породы (песка, глины).

Гравитация (отсадка) основана на отделение руды от легкой пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, на котором лежит руда. При этом легки зерна пустой породы вытесняются в верхний слой и уносятся водой, я тяжелые, содержащие рудные минералы, опускаются вниз. Применяют также гравитационное обогащение в тяжелых средах: тяжелую руду погружают в жидкость, плотность которой выше плотности пустой породы. Рудный минерал осаждается на дно, а пустая порода всплывает и удаляется.

 Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы, отделяя их от пустой породы. Этим способом обогащают магнетитовые руды. Для обогащения бурых железняков их подвергают магнетизирующему обжигу 600-800 ⁰С в печах с слабовосстановительной атмосферой. В результате слабомагнитная окись железа Fe₂O₃ переходит в магнитную  закись – окись Fe₃O₄. После такого обжига руду направляют на магнитную сепарацию.

Окускование производят для переработки концетратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров. Использую два способа окускования: агломерацию и окатывание.

 Агломерация заключается в спекании шихты, состоящей из железной руды (40 – 50 %), известняка (15 – 20%), возврата мелкого агломерата (20 – 30 %), коксовой мелочи (4 – 6 %), влаги (6 – 9%). Спекание выполняют на агломерационных машинах при 1300 – 1500 ⁰С. В процессе спекания из руды удаляются вредные примеси (сера, частично мышьяк), карбонаты разлагаются и получается кусковой пористый офлюсованный материал – агломерат.

Окатывание применяют для обработки тонко измельченных концентратов. Шихта, состоящая из измельченных концентратов, флюса, топлива, увлажняется и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах (грануляторах) приобретает форму шариков – окатышей диаметром до 30 мм. Окатыши высушивают и обжигают при 1200 – 1350 ⁰С на специальных машинах. После обжига окатыши приобретают высокую прочность при достаточной пористости.

Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса – известняка в доменную печь при плавке, так как флюс в необходимом количества входит в их состав. Это улучает работу доменной печи, повышает ее производительность, снижает расход кокса.