Виробництва

1.1 Залізні руди

Залізні руди (залізняк) – це гірнича порода, що містить залізо в такій формі і в такій кількості, що його економічно доцільно витягувати при сучасному рівні розвитку техніки.

Руда складається з рудного мінералу, пустої|пустої| породи і домішок|нечистот|. Залізняк класифікують за типом залізорудного мінералу і за характером|вдачі| пустої|пустої| породи (рис. 1.1).

Рис. 1.1 – Компоненти залізняку

Характеристика найважливіших рудних мінералів заліза наведена в таблиці. 1.1. Решта мінералів руди, що зовсім не містять заліза або містять його в незначній кількості, називаються пустою породою.

За вмістом заліза руди поділяють на багаті, що потребують сортування і окускування, та бідні, що направляють на збагачення і окускування.

Зразки залізняку представлені в осередках № 1 – 5.

№ 1. Червоний залізняк – рудний мінерал гематит Fe₂O₃, в руді звичайно 55-62 % Fe (іноді до 69, 5 %), SiO₂ – 8-10 %.

Таблиця 1.1 – Характеристика основних рудних мінералів заліза|

В Україні червоні | залізнякизалягають у Криворізькому залізорудному басейні – 1, 2 млрд. т, Білозерському родовищі поблизу м. Запоріжжя із|із| запасами 500 млн. т. Руди на місці видобутку|видобутку| дробляться і сортуються за крупністю часток|часток|. Фракція 0-10 мм (аглоруда|) спрямовується на агломерацію|скупчення|, а більше 10 мм – безпосередньо в доменні цехи|.

№ 2. Магнітний залізняк – рудний мінерал магнетит Fe₃O₄, володіє сильною магнітною сприйнятливістю, в руді 45-60 % Fe. Основні родовища магнетитових руд (3, 6 млрд. т) – Соколовське, Сарбайське і Качарське, розташовані поблизу м. Кустанаю.

№ 3. Бурий залізняк представлений водними оксидами заліза типу Fe₂O₃ ^. nH₂O. Вміст заліза на рівні 30-40 %, зазвичай має підвищений вміст фосфору.

Керченське родовище бурих залізняків має запаси близько 2 млрд. т, проте у зв'язку з високим вмістом шкідливих домішок (близько 1 % фосфору, 0, 05-0, 15% миш'яку) і трудністю збагачення практично не розробляється. Кустанайська група родовищ бурих залізняків (балансові запаси 9, 8 млрд. т) представлена Аятським і розроблюваним Лісаковським родовищем. Руди містять 35-38 % заліза і до 0, 5 % фосфору.

№ 4. Шпатовий залізняк – рудний мінерал сидерит FeCO₃, в рудах 30-40 % Fe. Бакальське родовище, розташоване на Уралі біля м. Златоуста, містить приблизно 85 % сидеритів, в яких близько 32 % заліза, 0, 02 % фосфору і до 0, 5-0, 6 % сірки. Балансові запаси більше 1 млрд. т.

№ 5. Кварцити – бідні руди, в яких 30-40 % заліза і 40-45 % кремнезему у виді вільного кварцу; можуть бути магнетитові (Fe₃O₄) і гематитові (Fe₂O₃). У Криворізькому басейні є величезні запаси кварцитів (36 % Fe) до 18 млрд. т. Магнетитові кварцити на місці видобутку дробляться до крупності 0, 05 мм з метою подальшого розділення матеріалу на окремі частки рудного мінералу Fe₃O₄ і пустої породи SiO₂ в процесі збагачення. Такий процес має назву – розкриття рудного мінералу. Магнетитові кварцити ефективно збагачуються магнітною сепарацією з отриманням збагаченого залізом продукту - залізорудного концентрату.

1.2 Марганцеві руди

Марганець, як один з головних легуючих елементів, грає важливу|поважну| роль при виплавці чавуну і сталі високої якості. Марганець частково переходить у чавун, сприяючи збільшенню його твердості, в'язкості. Присутність марганцю в шлаку підвищує його рідкотекучість, створює умови отримання|здобуття| малосірчистих чавунів.

Марганцеві руди застосовують в основному для виплавки феросплавів, що містять|утримують| 10-82 % Мn, іноді|інколи| додають|добавляють| у шихту доменної плавки|плавлення| при виплавці переробних чавунів із|із| підвищеним вмістом марганцю (0, 6-0, 8 %).

Марганцеві руди промислових типів діляться на різновиди залежно від виду рудного мінералу (рис. 1.2).

Рис. 1.2 – Класифікація марганцевих руд за типом рудного мінералу

Вміст марганцю в мінералах складає від 41, 9 до 72, 1 %. Проте|однак| в марганцевих рудах, що видобуваються|добувають|, вміст|вміст| марганцю складає лише 20-57 %. Пуста|пуста| порода за складом аналогічна залізняку.

Зразок|взірець| марганцевої руди представлений|уявляти| в осередку|чарунці| № 6.

№ 6. Марганцева руда застосовується як добавка в агломераційну шихту при виробництві агломерату для виплавки переробного і ливарного чавунів; при виплавці дзеркального чавуну із вмістом 10-25 % марганцю, доменного феромарганцю – із вмістом марганцю 70-75 %.

На Україні розташовано найбільше в світі Нікопольське родовище марганцевих руд із запасами 1 млрд. т (світові запаси – 3 млрд. т). В основному здобуваються піролюзитові і карбонатні руди із вмістом марганцю 23-31 %. Вміст марганцю в рудах Чиатурського родовища (Грузія) 25-47 %, запаси 180 млн. т.

Флюси

Флюси використовують для переведення оксидів пустої породи залізорудних матеріалів і золи коксу в рідкий шлак. Температура плавлення оксидів пустої породи значно вище за температуру шлаку в доменній печі (1450-1600 ^оС): SiO₂ – 1710 ^оС, Al₂O₃ – 2050 ^оС, СаО – 2570 ^оС, MgO – 2800 ^оС. При певному співвідношенні основних і кислих оксидів, яке характеризується індексом основності (для доменних шлаків 0, 8-1, 2):

повним|цілковитим| (1.1)

або

коротким (1.2)

утворюються складні легкоплавкі сполуки (фаяліт, силікати кальцію, залізокальцієвий олівін, ферити кальцію), що мають температуру плавлення нижче 1300 ^оС і хорошу текучість при температурі 1450-1600 ^оС. Наведення в горні доменної печі основного шлаку (В > 1) сприяє видаленню сірки з чавуну.

Залежно від складу пустої|пустої| породи матеріалів, що вносяться до печі, флюси розділяються на основні, кислі і глиноземисті (рис. 1.3).

Рис. 1.3 – Класифікація флюсів

Як правило, доменна плавка ведеться на шихті з кременистою, тобто кислою, пустою породою, отже, використовуються флюси з протилежними властивостями (основні), які представлені звичайним або доломітизованим вапняком. Вапняк, окрім кальциту і доломіту, містить 1-5 % власної пустої породи (SiO₂, Al₂O₃), яку також необхідно офлюсувати.

Якість флюсів оцінюють за флюсуючою здатністю Ф, під якою розуміють вміст вільних основних оксидів, використаних для ошлакування пустої породи шихти (тобто необхідно врахувати, що частина основних оксидів витрачується на ошлакування власної пустої породи (нерозчинного залишку R))

(1.3)

де CaO, MgO – вміст відповідних оксидів у вапняку, %.

Зразок|взірець| вапняку представлений|уявляти| в осередку|чарунці| № 7.

№ 7. Вапняк – звичайний (50-54 % CаО, до 3 % MgO) і доломітизований (5-10 % MgO). Родовища вапняків в Україні: Оленівське, Новотроїцьке, Каракубське в Донбасі і Балаклавське, Камиш-Бурунське в Криму. Звичайно використовують вапняки місцевих родовищ. Вапняк крупністю більше 10 мм застосовується в невеликих кількостях у шихті доменних печей.

1.4 Шихта доменної плавки|плавлення|

Шихта сучасних доменних печей складається з двох основних частин|часток|: залізорудної та паливної (рис. 1.4). У разі|в разі| низької основності залізорудних матеріалів для поточного коректування основності шлаку в шихту вводиться|добавляє| додатковий флюс – вапняк крупністю більше 10 мм. Сирий залізняк у шихті доменних печей застосовується рідко.

Рис. 1.4 – Компоненти доменної шихти

Зразки|взірці| компонентів доменної шихти представлені|уявляти| в осередках|чарунках| № 8–10.

№ 8. Кокс застосовується в доменних печах як джерело тепла, відновник і розпушувач шихти. Доменний кокс має крупність більше 25 мм. Відсів коксу крупністю 0-25 мм від коксохімзаводів і від доменних печей при додатковому відсіві фракції 0-25 мм перед завантаженням коксу в скіп направляють на агломераційні фабрики як паливо агломераційної шихти.

Кокс отримують шляхом термічної обробки певних сортів кам'яного вугілля при температурі 1000-1100 ^оС. Звичайно кокс містить 82-88 % вуглецю, 10-13 % золи, 0, 5-1, 7 % сірки, 2-5 % вологи. Кокс має пористість 49-53 %, хорошу горючість і високу міцність.

№ 9. Агломерат – продукт окускування дрібних фракцій багатого залізняку і концентратів збагачення бідних руд. Найбільш поширений і високопродуктивний спосіб окускування – агломерація. Агломерат має достатню механічну міцність, високу пористість, добре відновлюється в доменній печі. Основність повністю офлюсованого агломерату CaO/SiO₂ = 1, 2-1, 3. Вміст заліза в агломераті приблизно 52-55%.

№ 10. Окатиші – продукт окускування тонкоподрібнених залізорудних концентратів із додаванням невеликої кількості в'язких речовин, в основному бентоніту – тонкодисперсної глини – в кількості 0, 5-1, 5 % від маси шихти. Виготовлення окатишів (діаметром до 10-20 мм) – спосіб окускування, розвиток якого пов'язаний із залученням до металургійного виробництва бідних за вмістом заліза руд, природний стан яких вимагає подрібнення до 0, 05-0, 07 мм перед збагаченням. Представлені зразки окатишів містять: Fe – 60 %, SiO₂ – 9 %, CaO – 5 %, основність CaO/SiO₂=0, 55.

1.5 Агломераційна шихта

При дробленні багатого залізняку неминуче створюється деяка кількість дрібняку крупністю менше 10 мм. При збагаченні тонковкраплених| залізних руд одержують тонкоподрібнений залізорудний концентрат крупністю менше 0, 05 мм. Крім того в металургійному виробництві створюється значна кількість дрібних|мілких| і дисперсних залізовмісних відходів. Для збереження|зберігання| газопроникності стовпа шихтових| матеріалів у доменній печі завантажувана залізорудна шихта повинна мати крупність більше 10 мм, тому дрібні|мілкі| залізовмісні матеріали необхідно окускувати|. Найбільш поширеним способом окускування є|з'являється| агломерація|скупчення| – процес окускування матеріалів спіканням їх при нагріві до створення|утворення| рідких фаз за рахунок спалювання палива|пального| в самому матеріалі або підведення тепла зовні. Склад агломераційної шихти схематично показаний на рис. 1.5.

20-30 %

фр|. -10 мм

Рис. 1.5 – Компоненти агломераційної шихти

Зразки|взірці| компонентів агломераційної шихти представлені|уявляти| в осередках|чарунках| № 11 –16.

№ 11. Тонкоподрібнений залізорудний концентрат крупністю 0, 05 мм – основний компонент агломераційної шихти. Частка концентрату в суміші з аглорудою – до 80 %. Хімічний склад: Fe – 64, 0 %, SiO₂ – 9, 5 %, (Al₂O₃, CaO, MgO) – 1, 55 %. Концентрат отриманий магнітним збагаченням магнетитових кварцитів Криворізького родовища.

№ 12. Аглоруда. Незалежно від класифікації за типом рудного мінералу залізняки крупністю менше 10 мм називають аглорудами і відправляють на окускування. Склад: Fe – 58, 4 %, SiO₂ – 11, 2 %, (Al₂O₃, CaO, MgO) – 1, 7 %.

№ 13 - 14. Флюси – роздроблені до крупності 0-3 мм звичайний і доломітизований вапняки. Кількість флюсу, що додається в аглошихту, розраховується на відношення CaO: SiO₂ в агломераті, рівне 1, 2-1, 3. Це дозволяє вести доменну плавку на шихті з двох компонентів – офлюсованого агломерату і коксу, отримуючи при цьому чавун заданого хімічного складу, особливо за вмістом сірки.

№ 15. Марганцева суміш – суміш марганцевої руди, колошникового пилу, що виноситься з газами, які відходять із доменної печі, і відсіву дрібняку агломерату крупністю 0-5 мм, отримуваного перед завантаженням агломерату в доменні печі. Марганцеву суміш отримують після формування сумісного штабелю з марганцевої руди вологістю 30 %, колошникового пилу вологістю 8 % і абсолютно сухого відсіву агломерату. Змішаний матеріал має невисоку вологість і достатню сипучість для прийому в технологічний цикл аглофабрики.

№ 16. Паливо – суміш подрібнених до крупності 0-3 мм коксового дрібняку й антрацитного штибу, взятих у співвідношенні 1: 1.