Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
doc

Студенческий документ № 040857 из МГВМИ

Тема 3

Сырьевая база черной металлургии и экономическая эффективность подготовки железосодержащих материалов.

3.1 Характеристика и основные месторождения железных руд

Для производства черных металлов применяют различные сырые материалы, являющиеся полезными ископаемыми, или специально приготовленные материалы, а также отходы самого металлургического производства и продукция ломоперерабатывающей промышленности.

К сырым материалам металлургического производства относятся, прежде всего, руда, которая представляет собой полезное ископаемое, добываемое из недр земли.

Руда - это горная порода или минеральное вещество, из которого экономически целесообразно извлекать металлы или их соединения. Такая экономическая целесообразность определяется содержанием ценных металлов в минеральном веществе. Считается, что предельной выгодностью являются руды, содержащие железо 30 - 60%. Процентное содержание железа в руде зависит от физических свойств и химического состава горной породы, а также условий ее добычи, при котором добытая горная масса имеет минимальный процент пустой породы.

Чтобы получить максимальный процент содержания железа в руде, ее предварительного подготавливают - дробят, обогащают, окусковывают и усредняют.

Железо является распространенным элементом в природе. В земной коре оно составляет 4,2 % (кислород - 49,7%, кремний - 26%, алюминий - 7,4%). Железо как составная часть входит почти во все горные породы, однако многие из них нельзя считать рудами. Железными рудами принято считать породы, из которых при данном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать железо. Железо в земной коре не обнаруживается в самородном виде, а находится, главным образом, в соединениях с кислородом.

В рудах присутствуют различные примеси (тоже в виде соединений), которые в зависимости от вида плавки могут быть полезными и вредными. К вредным примесям относят серу, цинк и мышьяк. Сера вызывает красноломкость стали, а процесс ее удаления в доменном и сталеплавильном производстве связан с ухудшением технико-экономических показателей. Цинк, накапливаясь в швах кладки, приводит к разрыву металлического кожуха доменных печей. Мышьяк придает стали хладноломкость и ухудшает ее свариваемость.

Такие примеси, как фосфор, никель, хром, медь, являются полезными при выплавке чугуна некоторых марок сталей. В остальных же случаях, особенно фосфор и медь, относят к вредным примесям. Фосфор вызывает хладноломкость стали. Он удаляется при переработке чугуна в сталеплавильных печах. Ванадий и титан - примеси полезные.

Пустая порода руд в основном состоит из окисей кремния, алюминия, кальция и магния.

Железорудные месторождения неравномерно распределены на территории России и имеют различное промышленное значение.

В Европейской части России крупнейшим месторождением железных руд является Курская магнитная аномалия (КМА). Балансовые запасы железных руд составляют 42 млрд.т. Перспективные запасы оцениваются в 200 - 250 млрд.т. КМА расположена в черноземных областях: Курской, Белгородской, Орловской, Брянской, Калужской - и прихватывают Харьковскую (Украина).

Месторождение тянется на северо-запад от Белгорода - Нового Оскола почти на 600 км. двумя полосами шириной .до 25 км. каждая при расстоянии между полосами 50-60 км. Рудное тело залегает на глубине 100-600 м., его толщина достигает 2-3 км. и более.

Месторождение КМА представлено богатыми, преимущественно мартито-гематитовыми рудами с содержанием железа 50-62% и бедными железистыми кварцитами, в основном магнетитовыми, содержащими 35-40% железа. Руды, как правило, чистые по фосфору (0,02 - 0,09%) и содержат 0,1 - 0,6% серы. Богатые руды КМА легко восстановимы, а магнетитовые железистые кварциты легко обогащаются методом магнитной сепарации.

Промышленное освоение КМА началось лишь в 1954 г. Это связано с тем, что значительная часть богатых руд находится под грунтовыми водами, район имеет ограниченные ресурсы технической воды, месторождение находится в районе богатых черноземом сельскохозяйственных угодий.

Наиболее благоприятны для разработки горнотехнические условия залегания руд Старо- Оскольного и Курско-Орловского районов. В этих районах действуют Лебединский, Стойленский и Михайловский горнообогатительные комбинаты. В Белгородской области намечено освоение Яковлевского месторождения.

Руды Курской Магнитной аномалии являются сырьевой базой крупнейшего Новолипецкого металлургического комбината и Новотульского металлургического завода. Часть обогащенных руд вывозится на металлургические комбинаты Урала.

На Севере Европейской части России находится Оленегорское, Ковдорское, Костамукшское и Пудожгорское месторождения железных руд. Под соответствующими названиями действуют горнообогатительные комбинаты.

Оленегорское месторождение расположено в Мончегорском районе Мурманской области. Руды представлены в основном магнетитовыми железистыми кварцитами и содержат 32% железа. Руды отличаются сравнительно низким содержанием фосфора (менее 0,08%) и серы (менее 0,045%). Месторождение разрабатывается с 1955 г. открытым способом. Общие балансовые запасы составляют около 600 млн.т.

Ковдорское месторождение находится в Кавдорском районе Мурманской области. Месторождение представлено в основном вкрапленными апатито-магнетитовыми рудами с содержанием железа в среднем около 30%. Руды характеризуются высоким содержанием фосфора (1,7-4,0%), основной пустой породой (11-17% окиси кальция и 12-16% магнезии). Содержание серы в сырой руде составляет около 0,15-0,20%. Запасы месторождения составляют около 500млн.т. Месторождение разрабатывается с 1962 года.

Костамукшское месторождение, расположенное в Карелии, представлено в основном магнетитовыми железистыми кварцитами с содержанием 30-35% железа, около 0,07% фосфора и 0,2% серы. Пустая порода - кислая - с преобладанием кремнезема (40-41%). Балансовые запасы составляют около 1,2 млрд.т.

Пудожгорское месторождение расположено тоже в Карелии на берегу Онежского озера. Руды - титаномагнетитовые с содержание 22-30% железа, 0,10% фосфора и,0,12% серы, а также небольшое количество кобальта и меди. Балансовые запасы около 1,2 млрд.т.

Руды Кольского полуострова являются сырьевой базой Череповецкого металлургического комбината. Часть обогащенных руд вывозится на металлургические комбинаты Урала: Нижне- Тагильский, Магнитогорский, Челябинский и Орско-Халиловский.

На Урале балансовые запасы железных руд составляют 15 млрд.т., в том числе 8,4 млрд.т. промышленных запасов. Около 80% запасов приходится на Качканарский железо-рудный район, где действует крупный Качканарский горнообогатительный комбинат. Месторождение разрабатывается с 1963 г. Все остальные месторождения Урала давно и интенсивно разрабатываются и, кроме Бакальского, имеют ограниченные запасы.

Особенностью Качканарского месторождения является то, что, несмотря на малое содержание железа в руде (16-17%), руды являются титаномагнетитовыми с присутствием в них ванадия. Месторождение разрабатывается открытым способом. Руды обогащают методом магнитной сепарации и получают концентрат, содержащий 63% железа и 0,35% ванадия. После переработки ванадиевого чугуна в кислородно-конвертерном цехе Нижне-Тагильского металлургического завода шлак используется как сырье для производства феррованадия на Чусовском и Новотульском металлургических заводах.

На Северном Урале расположены небольшие месторождения. Серовско-Ивдельское, Полуночное, Марсятское и Богословское. Содержание железа в рудах этих месторожден(tm) - от 30 до 47%. Общие их запасы не превышают 250 млн.т.

В центральной части Урала находятся многочисленные относительно небольшие месторождения Тагило-Кушвинского железорудного района с общими промышленными запасами около 400млн.т. Содержание железа - 32-59% и серы - 0,4-1,8%. Разработку ведут Высокогорское и Гороблагодатские рудоуправления Нижне-Тагильского металлургического комбината.

Бакальское месторождение, расположенное вблизи г. Златоуста (Челябинская область), состоит на 85% из сидеритов, содержащих около 32% железа, около 0,02% фосфора и до 0,5-0,6% серы. Разработку руд ведут открытым способом.

На Юге Урала расположено Орско-Халилиловское месторождение бурых хромоникилиевых железняков с содержанием железа 30-36%, хрома - 1,0-1,5%. Добываемая руда используется без обогащения на Орско-Халиловском металлургическом комбинате. Балансовые запасы месторождения - 340 млн.т.

Магнитогрское месторождение (гора Магнитная) магнитовых и мартитовых руд получило известность, так как послужило базой для создания Магнитогорского металлургического комбината. Разрабатывается с 1932 г. В настоящее время гора Магнитная исчезла. Образовавшийся в ней котлован засыпан, и на этом месте построен современный кислородно-конвертерный цех в комбинации с установкой непрерывной разливки стали.

В Сибири и на Дальнем Востоке балансовые запасы железных руд составляют около 8,4 млрд.т., в том числе промышленных категорий - 5,7 млрд.т. Потенциальные ресурсы этих районов выявлены пока неполно даже в пределах наиболее обжитой территории. Наиболее полно изучены железорудные районы Западной Сибири. К ним относят: Горную Шорию, Горный Алтай и Кузнецкий Алатау.

Горно-шорийский железорудный район представлен небольшими месторождениями магнетитовых руд с содержанием железа от 40 до 50%. Большая часть руд является сернистыми с примесью цинка. Суммарные запасы составляют около 770 млн.т.

Магнетитовые руды Горно-Алтайского железорудного месторождения содержат железа 35-42% и требуют магнитного обогащения. Балансовые запасы составляют 330 млн.т.

В Восточной Сибири разрабатываемые месторождения расположены в Хакасском и Ангаро-Илимском железорудных районах. Руды содержат 35-45% железа; 0,67-2,35% серы; 0,10- 0,20% фосфора. Кроме того руды имеют примеси кобальта, а иногда олова и мышьяка. Суммарные запасы составляют 0,9 млрд.т.

Наиболее крупное месторождение Коршуновское, разрабатываемое Коршуновским горнообогатительным комбинатом. Руда содержит 30-35% железа, 0,26% фосфора, около 0,04% серы и повышенное содержание магния (до 10%). Запасы месторождения равны 0,5 млрд.т.

Железорудные месторождения являются сырьевой базой Западно-Сибирского металлургического комбината и частично базой металлургических комбинатов Южного Урала. На Южный Урал в больших количествах завозятся железорудные материалы из Казахстана - Соколовско-Сарбайского и Качарского горнообогатительных комбинатов. Завозятся железорудные материалы и с Лисаковского горнообогатительного комбината.

На российские металлургические комбинаты в порядке импорта завозится рудное сырье с Украины, с Криворожского железорудного бассейна. Здесь промышленные запасы составляют 18,7 млрд.т., а весь бассейн занимает 300 км2 . Основная масса руд - бедные (примерно 35% железа). Большинство руд очень чистые по сере и фосфору. Месторождение разрабатывается более 100 лет как открытым, так и шахтным способами.

В 2002 году в России было добыто товарной железной руды 82,8 млрд.т. Средняя цена одной тонны железной товарной руды - 230 руб. Поставлено на экспорт 10 млн.т, ввезено в Россию в порядке импорта (Казахстан, Украина) руд и железорудных концентратов - 8,0 млн.т.

Расход железосодержащей части шихты на 1 т. чугуна составляет 1,5-1,9 т.

3.2. Характеристика нерудного сырья для производства огнеупоров.

К нерудному огнеупорному сырью относятся: огнеупорная глина, доломит, магнезит, кварцит, хромит, карборунд, графит и др. Важнейшими месторождениями огнеупорных глин являются: Боровичское (Новогородская обл.), Суворовское (Тульская обл.), Сухоложское (Свердловская обл.) и др. Главные месторождения доломита на Урале. Кварциты встречаются повсюду, но в основном на Урале и Кемеровской обл. К лучшим месторождениям магнезита относятся Саткинское (Урал) и Белорецкое (Башкирия).

Глина - пластическая осадочная горная порода, состоящая в основном из глинистых материалов. Главными компонентами (с величиной частиц менее 0,01 мм.) являются: Si02, (30-70%),

А120З (10-40%) и Н20 (5-10%). Применяется для изготовления глубоко керамических изделий (посуды, кирпича и др.), огнеупоров, как адсорбент (поглотитель) и др.

Доломит - осадочная карбонатная горная порода, целиком или преимущественно состоящая из минерала доломит. Огнеупорный материал и флюс в металлургии, сырье в химической промышленности, стекольном производстве.

Магнезит - кристаллическая горная порода, состоящая главным образом из минерала магнезита (MgC03). Сырье химической, керамической, бумажной промышленности и др. Огнеупорный материал, состоящий из окиси магния с 1-10% примесей.

Кварцит - метаморфическая горная порода, состоящая в основном из кварцита (SiOj). Продукт перекристаллизации кварцевых песчанников и других кремнистых отложений или замещения кварцем пород иного исходного состава. Прочность на сжатие 100-450 мн/м2, огнеупорность до 1770° С. Применяют для изготовления динаса и как флюс (в металлургии); кислотоупорный материал, строительный (в т.ч. декоративный) камень.

Хромиты - минералы группы шпинели, состоящие (включающие): железо, марганец, хром, алюминий; твердость 5,5-7,5 г/см3; плотность 4,2-5,1 г/см3, слабомагнитны. Месторождения - в ультраосновных породах, встречается также в сланцах.

Карборунд - (карбид кремния), SiC, бесцветные кристаллы с алмазным блеском, технический продукт - зеленый и черный. Тугоплавок (tn.i - 2830°С), химически стоек, по твердости уступает лишь алмазу. Используется как абразивный материал и для изготовления деталей химической и металлургической аппаратуры, работающей в условиях высоких температур.

Графит - минерал, наиболее распространенная и устойчивая в земной коре гексагональная полиморфия модификации углерода. Структура слоистая. Темно-серые до черных чешуйчатые конкреции, сплошные массы. Твердость 1-2 г/см3, плотность около 2,2 г/см3. Огнеупорен, электропроводен, химически стоек. Используется в производстве плавильных тиглей, в литейном деле, при изготовлении электродов, щелочных аккумуляторов, карандашей и т.д. Графит получают также искусственно - нагреванием антрацита без доступа воздуха. Блоки из чистого искусственного графита используют в ядерной технике, как заменители нейтронов; в качестве покрытия для сопел ракетных двигателей и т.д.

Огнеупоры - материалы и изделия преимущественно на основе минерального сырья, обладающие огнеупорностью не ниже 1580°С. Различают изделия огнеупорные (огнеупорность 1580- 1770°С), высокоогнеупорные (1770-2000°С) и высшей огнеупорности (свыше 2000°С). Наиболее распространенные виды огнеупоров: шамотные, магнезиальные, динасовые. По химической природе различают кислые, основные и нейтральные огнеупоры. Изготовляются в виде кирпичей, порошков, обмазок и т.д. Применяются для кладки промышленных печей, топок и других теплотехнических агрегатов.

Относительно быстрое развитие в прошлом черной металлургии вызвало адекватную необходимость наращивания мощностей по производству огнеупоров и увеличения их выпуска, улучшения качества, освоения производства новых видов огнеупорных изделий, внедрения нового высокопроизводительного оборудования и более совершенных методов производства огнеупоров.

Для решения этих задач проводились научно-исследовательские работы в области совершенствования техники и технологии огнеупорного производства, создания новых предприятий, реконструкции и расширения новых заводов. Практически все мартеновские печи были переведены на магнезитохромитовые своды, что позволило обеспечить реализацию интенсивных методов плавки. В кладке доменных печей стали использоваться высокоглиноземистые огнеупорные изделия. Для футеровки кислородных конвертеров стали применять доломитомагнезитовые огнеупоры на смоляной связке.

Огнеупорные заводы освоили производство циркониевых сталеразливочных стаканов, высокоглиноземистые, глиноземокарборундовые и другие изделия для установки непрерывной разливки стали и вакуумной обработки стали, карборундовые и шамотнокарборундовые изделия для рекуператоров нагревательных колодцев и печей и другие изделия различного назначения.

Значительно расширен ассортимент выпускаемых огнеупорными заводами материалов: выпускаются шаматные легковесные огнеупоры объемным весом от 1 до 0,5 г/см3. Организовано производство составляющих алюмосиликатных и хромомагнезитовых огнеупорных бетонов.

Затраты и себестоимость чугуна, руб.

В качестве топлива впервые природный газ стал применяться на Селилукенском огнеупорном заводе, затем на заводе "Магнезит" на Южном Урале, и на заводах Центра. В настоящее время этот вид топлива используется повсеместно на предприятиях огнеупорного производства.

Для изготовления магнезиальных и других изделий в огнеупорных цехах металлургических заводов используются прессы усилием 1000 т. и более, давлением до 300 атмосфер.

В настоящее время основной проблемой огнеупорного производства является улучшение качества продукции. Объем уже снижается: в 2000г было произведено 2246 тыс.т., в 2001 г. - 2019 тыс.т., а в 2002 г. - 1815 тыс.т.

Можно полагать, что преимущественное развитие должно получить производство огнеупоров высокой стойкости:

- высокоглиноземистых и каолиновых плотных изделий для доменных печей и воздухонагревателей, плотных магнезиальных изделий для мартеновских печей, доломитомагнезитовых огнеупоров на смоляной связке для кислородных конвертеров, высокостойких огнеупоров для установки непрерывной разливки и вакуумной обработки стали; высокоогнеупорных изделий из чистых окислов других элементов;

стойких легочных масс, масс сталевыпускных желобов, порошков различного назначения, масс для защитных покрытий, огнеупорных и высокоогнеупорных бетонов и бетонных блоков.

Для повышения качества магнезитовых огнеупоров требуется соответствующие внедрения эффективных методов обогащения природных магнезитов.

3.3. Экономическая эффективность подготовки железных руд к доменной плавке.

В зависимости от характеристики добываемой руды по содержанию в ней полезных и вредных элементов применяют следующие методы ее подготовки к доменной плавке и производству чугуна: дробление, сортировка, обогащение, усреднение, окусковывание. Минимальная себестоимость чугуна будет находиться на пересечении кривых затрат на обогащение руды и затрат в доменном цехе. Это положение можно продемонстрировать следующей схемой:

Схема графического определения содержания железа в железосодержащей части шихты в доменной плавке.

По мере повышения содержания железа в концентратах возрастают затраты на обогащение руд, что показано кривой CD, в то время как затраты в доменном цехе сокращаются

(кривая АВ). Пересечение кривых АВ и CDB точке К указывает на оптимальную степень обогащения железных руд (точка К' на оси абсцисс). Пересечение этих кривых обычно соответствует минимальной стоимости чугуна (кривая EF).

По расчетам специалистов для многих руд оптимальное содержание железа в концентратах для доменной плавки находится в пределах 64-67%. Но существующая техника и технология подготовки шихты пока еще не удовлетворяет указанным требованиям. Это обуславливается еще и рядом технико-экономических факторов. Важнейшими из них являются следующие:

Сокращаются запасы богатых руд, доступных добычи открытым способом. Гора Магнитная полностью иссякла. Добыча богатых железных руд сопряжена с большими капитальными вложениями, так как они залегают на большой глубине. При открытом способе их добычи неизбежно засорение руд пустой породой. В восточных районах осваиваются месторождения с низким содержанием железа в руде. Ежегодное ее среднее содержание сокращается примерно на 0,7 пункта. Тенденции на улучшение не ожидается, т.к. ведутся работы по вводу в эксплуатацию месторождений с содержанием железа в рудах 25 и даже 17%.

Технический прогресс в доменном производстве, в частности в строительстве доменных печей 5 тыс.м3 и более, интенсификация процесса плавки, требования к сокращению расхода топлива (особенно кокса) и т.д. вызывают необходимость применения более качественного железо-рудного сырья по содержанию железа и по кусковатости. Но это можно обеспечить только путем обогащения и окускования руд, не доходя еще до доменной печи.

Переплавка хорошо подготовленного железорудного материала в доменных печах обеспечивает резкое повышение их производительности и снижение себестоимости, т.к. не требуется затрат на переплавку и отшлаковку пустой породы. Повышение содержания железа на 1% увеличивает производительность доменной печи на 2-2,5% и на столько же снижается расход кокса.

Однако подготовка железных руд к доменной плавке связана с большими и все возрастающими затратами. Поэтому необходимо выбрать такие способы подготовки сырья, капитальные вложения в которые окупались бы в доменном производстве. Но в условиях рынка реализация этого принципа может основываться только на равновыгодности интересов поставщиков железорудных материалов и самих потребителей - металлургических комбинатов и заводов, покупающих эти материалы.

В настоящее время практически вся руда подвергается обогащению с последующим окускованием: получением агломерата (кусковый, пористый материал) и окатышей (окускование тонко измельченного концентрата с последующим его обжигом). В местах добычи руд, как правило, построены горнообробатываемые комбинаты, которые обеспечивают металлургические заводы соответствующими металлосодержащими материалами.

Дробление и измельчение сырой рудьг Крупность добываемых руд в естественном виде очень различна. При открытой добычи размер отдельных кусков достигает 1000-1200 мм., а при подземной 300-800 мм. Такие "кусочки" должны быть предварительно подвергнуты дроблению. Размер крупностью кусков дробленой руды определяется способом ее дальнейшей переработки и типом руды. Для доменной плавки верхний предел крупности кусков составляет 40-100 мм., для мартеновской плавки - 20-40 мм., для агломерации - 6-10 мм., а для обогащения в ряде случаев требуется получение материала крупность менее 0,1 мм. (пыль). Чем тоньше измельчена руда, тем полнее рудные зерна могут быть отделены от пустой породы в процессе обогащения. Поэтому дробление часто дополняют измельчением руды.

Дробление и измельчение руды - энергоемкий и дорогостоящий процесс. На обогатительных фабриках горнообогатительных комбинатах стоимость процесса дробления и измельчения руд составляет от 35% до 70% от расходов на весь цикл обогащения, а стоимость дробительных установок достигает 60% стоимости оборудования фабрики.

Обычно различают следующие стадии дробления:

* Крупное дробление - от кусков размеров 1200мм. До получения кусков размером 100-350мм.;

* Среднее дробление - от 100-350 мм. до 40-60 мм.;

* Мелкое дробление - от 40-60 мм. до 6-25 мм.;

* Измельчение - от 6-25 мм. до 1 мм.;

* Тонкое измельчение - менее 1 мм.

Крупное, среднее и мелкое дробление осуществляют в аппаратах, называемых дробилками, а измельчение - в мельницах. Перед каждой стадией дробления проводят классификацию (рассев) с целью выделения готовых по размеру кусков и мелочи, чтобы не подвергать их повторному дроблению.

Дробление выполняется следующими методами:

- Раздавливанием

- Стиранием

- Раскалыванием

- Ударом или комбинацией этих процессов.

Разделение или сортировку материалов на классы крупности при помощи решеток или механических сит называют грохочением, разделение в воде или в воздухе на основе разности скорости падения зерен различной крупности - гидравлической или воздушной классификацией. Грохочением обычно разделяют материалы до крупности 1-3 мм., а более мелкие - классификацией. Аппараты для грохочения называют грохотами, их основным рабочим элементом является решето или сито. Производительность грохотов в зависимости от конструкции достигает 600-2000 т/ч.

Обогащение. Под обогащением руд понимают процесс обработки полезных ископаемых, целью которых является повышение содержания полезного компонента путем отделения рудного минерала от пустой пароды или отделения одного ценного минера от другого. В результате обогащения получают готовый продукт - концентрат, более богатый по содержанию определенного металла, чем исходная руда, и остаточный продукт - хвосты, более бедный, чем исходная руда.

Все применяемые на практике способы обогащения руд основаны на использовании различий в физических и физико-химических свойствах слагаемых руду минералов. При хорошей размываемости минерала водой применяют промывку; при различной плотности - гравитационное обогащение; при магнитной восприимчивости - магнитное обогащение; на использовании различных физико-химических поверхностных свойств основана фотация. Конечный результат обогащения охарактеризуют степенью извлечения полезного элемента:

е = (?*?)/ ?

Где в - степень извлечения полезного элемента из руды, %;

? - выход концентрата, % от массы исходной руды;

? - содержание извлекаемого элемента в исходной руде, %;

? - содержание извлекаемого элемента в концентрате, %.

При обогащении промывкой потоки воды размывают и уносят глинистые песчаные частицы, а так же мелкую руду. Поэтому промывке обычно подвергают крупнокусковую, а мелкие классы отправляют на дальнейшее обогащение другими методами. При корытной мойке расход воды составляет 2-5 м3/т., а производительность 60-80 т/ч. при степени извлечения 85-89 %.

При гравитационном обогащении минералы разделяются по плотности. Сравнительно простой и совершенный способ - это гравитационное обогащение в тяжелых средах. Руду погружают в жидкость, плотность которой больше плотности пустой породы. Тяжелые зерна рудного минерала осаждаются на дно, а частицы пустой породы всплывают. При обогащении железных руд плотность жидкости должна составлять около 2800-3000 пг/м3. Органические жидкости с такой плотностью стоят дорого, поэтому применяют тяжелые суспензии - взвеси тонкого порошка какого-либо твердого тела, например ферросилиция (для обогащения железной руды).

Наиболее распространенным способом обогащения железных руд является магнитная сепарация, основанная на различных магнитных свойствах железосодержащих материалов и частиц пустой породы. Магнитное обогащение заключается в том, что подготовленную соответствующим образом руду (дробленую до высокой степени раскрытия рудного зерна), содержащий магнитный минерал, вводят в магнитное поле, создаваемое магнитами. Силовые линии магнитного поля сгущаются в зернах магнитного минерала, намагничивают их, вследствие чего зерна притягиваются магнитом.

Магнитное обогащение железных руд осуществляется методами мокрой и сухой магнитной сепарации, так же комбинированными методами (сухая сепарация с последующей мокрой). Для обогащения магнитных крупных руд с крупностью 3-6 мм применяют только сухую магнитную сепарацию. Руды с меньшей крупностью можно обогащать как сухим, там и мокрым методом, но применяют в основном мокрую сепарацию, поскольку при этом устраняют пыление. Для руд крупностью менее 0,1 мм. применяют только мокрую сепарацию.

Метод обогащения, основанный на различии физико-химических свойств поверхности различных материалов, принято называть флотацией. Для обогащения руд прилипают только пенную флотацию. Она базируется на том, что одни минералы (в тонкоизмельченном состоянии в водной среде) не смачиваются водой, применяют к пузырькам воздуха и подымаются или, как говорят, выплывают и флотируют на поверхности подобно воздушному шару, образую минерализованную пену. Другие минералы смачиваются водой, не прилипают к воздушному пузырьку и остаются в пульпе. Наиболее широкое распространение получили механические флотационные машины. Их производительность составляет 10-20 т/ч.

Усреднение. Химический состав добываемых железных руд не постоянен, и это обстоятельство вызывает при их дроблении непостоянство гранулометрического (зернового) состава. Непостоянность химического и гранулометрического состава шихты крайне отрицательно влияет на показатели работы доменных печей.

Особо важное значение имеет постоянное содержание железа в шихте, т.к. снижение его содержания приводит к дополнительному разогреву печи, повышение - к похолоданию. При непостоянстве доменной шихты по содержанию железа приходится вести плавку с некоторым избытком топлива с тем, чтобы исключить или хотя бы резко сократить число случаев похолодания печи, в результате чего процесс расстраивается и ухудшаются экономические показатели работы

Постоянство по основности пустой породы шихты обеспечивает и стабильность состава шихты. Наилучшим постоянством основности пустой породы - это отклонение по содержанию железа в шихте от вредного его содержания +-0,3 - 0,5%.

Большое значение имеет и однородность шихты по кусковатости. Особо вредное влияние оказывает наличие мелочи в шихте. Так, увеличение содержания в шихте (менее 3 мм.) на 10% приводит к увеличению расхода кокса на 4-7%.

Окускование железорудного сырья. Окускование - это процесс превращения мелких железорудных материалов (руд, концентратов, колошниковой пыли) в кусковые необходимых размеров, применение которых значительно улучшает показатели работы металлургических агрегатов. Для подготовки сырья к доменной плавке широко применяют два способа окускования: агломерация и окомкование.

Агломерация - это процесс окускования мелких руд, концентратов и колошниковой пыли спеканием в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала. Наиболее распространены ленточные агломерационные машины со спеканием слоя шихты на движущейся колосниковой решетки при просасывании воздуха через шихту.

Продукт спекания (агломерация) - агломерат, который представляет собой кусковой пористый продукт черного цвета. Упрощенно можно охарактеризовать как спеченную руду или спеченный рудный концентрат.

Агломерацию следует рассматривать несколько шире, чем просто окускование. При агломерации, вследствие тепловой обработки, удаляется некоторые вредные примеси (сера и частично мышьяк), разлагаются карбонаты и получается кусковый пористый, к тому же офлюсованный материал. По существу - это один из этапов металлургической подготовки руд к плавке. Основные составляющие агломерационной шихты - железосодержащие материалы (рудный концентрат, руда, колошниковая пыль); возврат (отсеянная мелочь, ранее произведенная агломератом); топливо (коксовая мелочь); влага, вводимая для комкования шихты; известняк, вводимый для получения офлюсованного агломерата.

Кроме того, в шихту зачастую вводят известь (до 25-80 кг./т. агломерата), что улучшает комкуемость шахты, повышая газопроницаемость и прочность агломерата; марганцовую руду (до 45 кг/т. агломерат) для повышения содержания марганца в чугуне и отходы (прокатную окалину, шламы и другие материалы, вносящие оксиды железа).

Подготовку шихты, как и спекание, ведут на агломерационных фабриках непосредственно на самих металлургических комбинатах. Подготовка шахты должна иметь свои цели обеспечить: усреднение, необходимую крупность, дозирование компонентов шихты, смешивание и окомкование ее. Качество агломерата оценивается рядом параметров: он должен быть в кусках определенной крупности, должен иметь высокую прочность в холодном и горячем состоянии, иметь востановимость, высокую температуру размягчаемости. Агломерат не должен содержать фракции менее 5 мм., поскольку мелочь сильно снижает газопроницаемость шихты в доменной печи. Крупность агломерата для малых и средних печей должна составлять 5-40 мм., а для крупных и сверхмощных 15-40 мм.

Производство агломерата ведут на агломерационных фабриках, в состав которых входит комплекс оборудования для подготовки шихты, ленточные (конвеерные) гламерационные машины и комплекс оборудования для дробления и охлаждения полученного агломерата и отсев его мелочи.

Расширение использования бедных руд и особенно стремление к более глубокому обогащению их привели к получению тонкоизмельченных железорудных концентратов (менее 0,07 мм.), для которых появилась необходимость найти новые пути окускования. Этот процесс приобретает новое значение, когда фабрику окускования концентратов приходится строить на не металлургических комбинатах. Объясняется это тем, что окатыши меньше разрушаются при перевозке, чем агломерат, особенно офлюсованный.

Процесс производства окатышей состоит из двух частей: получение сырых (мокрых) окатышей; упрочнение окатышей (подсушка при 300 - 600°С и обжиг при 1200-1350°С. Расход природного газа составляет 21-45 кг/т. окатышей.

Основная цель обжига окатышей сводится к упрочнению их до такой степени, чтобы они в дальнейшем выдерживали транспортировку, перегрузку и доменную плавку без значительных разрушений. При этом в отличие от агломерации нельзя доводить процесс до перехода значительной части шихты в жидкое состояние. Если же ограничить верхний предел температуры (1320-1350°С), то произойдет оплавление окатышей и сваривание их в крупные глыбы. В то же время понижение температуры обжига ниже 1200-1250°С приводит к понижению прочности окатышей.

Крупность окатышей должна составлять 5-18 мм. Допускается содержание не более 3 % фракций крупностью менее 5 мм. По сравнению с агломератом производство окатышей характеризуется меньшим отсевом мелочи, дополнительным расходом топлива. У окатышей выше содержание железа и ниже основность, а себестоимость их производства примерно одинакова.

Основным преимуществом окатышей является более высокая холодная прочность, что позволяет транспортировать их на большее расстояние. Однако их горячая прочность ниже, но содержание мелочи в шахте печи при проплавке агломерата и окатышей выравнивается.

В последнее время в доменном производстве опробованы метализованные окатыши, в которых часть оксидов железа восстановлена до железа. Повышение степени металлизации окатышей на каждые 10% обеспечивает снижение расхода кокса на 4,5-6% и увеличение производительности доменной печи на 5-7%.

На металлизацию расходуется больше топлива, чем кокса на восстановлении железа в доменной печи. Но это более дешевый и менее дефицитное топливо, чем кокс (уголь, природный газ).

Рыночная цена окатышей ровняется примерно 430 руб./т., а железной руды - 230 руб./т.

Один из крупных компонентов является известняк, в результате чего получают офлюсованный агломерат. Известняк используют также и при производстве окатышей. Известняк добывается и перерабатывается на специализированных предприятиях: Жирновское рудоуправление в центре России, Тургоякское рудоуправление на Урале и другие. Качество известняка зависит от содержания в нем окиси кальция: чем его выше (более 50%), тем выше производительность оборудования по производству агломерата и окатышей, а следовательно и доменных печей. Присутствие кремнезема и глинозема в известняке не желательно. Потребность в черной металлургии России в известняке удовлетворяется полностью.

3.4. Тенденции технического процесса в горнорудном производстве.

Добыча руды. Горнорудная промышленность черной металлургии включает в себя железорудную, марганцовую, хромидовую и флюсовую отрасли. Она полностью обеспечивает потребности отечественных заводов в металлургическом сырье. В 2002 г. экспорт руды и железорудных концентратов превышал импорт на 22,5 %.

Горнорудная промышленность характеризуется большой концентрацией производства и значительными масштабами предприятия, что позволяет внедрять на шахтах и карьерах новейшие достижения науки и техники, создает условия для применения высокоэффективного оборудования и принципиальных технологических схем, повышающих производительность труда. На горнорудных карьерах разработку руд и парод, а так же погрузку взорванной массы ведут мощными электрическими экскаваторами. В шахтах на погрузке используют скреперные лебедки, а на погрузочных работах высокопроизводительные ковшовые погрузочные машины.

Перевозка горной массы на карьерах осуществляется железнодорожным транспортом (преимущественно электровозами и тепловозами), а так же автомобильным и конвейерным транспортом. На отдельных предприятиях применяют гидротранспорт пустых парод.

Современной формой горного предприятия является горно-обогатительный комбинат (ГОК), объединяющий все технологические процессы, связанные с добычей, дроблением, измельчением и обогащением руды с целью получения богатого концентрата с последующим его окускованием путем агломерации или окомковки и обжига окатышей.

На крупных горно-обогатительных комбинатах представляется возможность в широких масштабах вовлечь в эксплуатацию бедные магнетитовые железные руды, запасы которых в России пока еще не исчерпаны.

Особенно перспективным является освоение месторождений Курской магнитной аномалии, месторождений Кольского полуострова, месторождений Качканарского района и районов Восточной Сибири. Такая же тенденция просматривается в развитии предприятий добычи марганцовых и хромидовых руд, а так же предприятий по добычи флюсообразующих материалов.

Из всех способов добычи наиболее экономичным и перспективным направлением развития в горнорудной промышленности черной металлургии является разработка месторождений открытым способом.

Вскрышные работы на карьерах ведутся в основном при помощи экскаваторов цикличного действия: шагающих драглайнов (емкость ковша 4-25 м3, т.е. 15-70 т.; длина стрелы 40- 100 м.) и механических лопат (емкость ковша 4-8 м3).

Освоен и будет совершенствоваться поточный метод организации горных работ с использованием экскаваторов непрерывного действия. Роторные вскрышные комплексы непрерывного действия с производительностью 1000 м3/ч. работают на карьерах Лебединского и Михайловского горно-обогатительных комбинатов.

Грузоподъемность думпкаров, используемых на карьерном железнодорожном транспорте, составляет 50-100 т. Работа карьерного железнодорожного транспорта управляет с помощью современных средств связи, сигнализации и блокировки. Карьерный автомобильный транспорт располагает грузовыми автомобилями с грузоподъемностью до 110 т.

В общей добычи железных руд доля руды, добываемой подземным способом постепенно уменьшается, хотя абсолютная ее величина увеличивается. Прогрессивные способы подземной добычи руд осуществляются в железорудных шахтах Горной Шорни, КМА и Урала. Доставка руды производится мощными скреперными лебедками.

Шахты оснащены новым высокопроизводительным оборудованием, особенно буровыми агрегатами, которые способствуют увеличению масштабов применения прогрессивных вариантов систем разработки с отбойкой руды глубокими взрывами скважинами.

На ряде шахт внедрено дистанционное управление механизмами и агрегатами, промышленное телевидение. Например, дистанционное управление работой установок внутришахтного подъема руды осуществлено на шахте "Магнетитовая". Высокогорного рудника и на шахте "Южная" Гороблагодатского рудника, входящих в состав Нижнетагильского металлургического комбината.

Горнорудная промышленность черной металлургии в принципе достигла высокого уровня развития. Однако по производительности труда отечественные горнорудные предприятия отстают от передовых горных предприятий экономически более развитых зарубежных стран. Поэтому наиболее принципиальными направлениями в области добычи руд являются:

Совершенствование способов вскрытия и подготовки месторождений к разработке в сложных горно-геологических условиях;

Внедрение и расширение более эффективной технологии открытой разработки месторождений с использованием высокопроизводительных способов разрушения и бурения горных пород;

Совершенствование систем разработки и транспортировки руды при шахтном способе ее добычи.

В конечном итоге предприятия по добыче железорудных марганцевых и флюсовых материалов для черной металлургии должны стать безлюдными высокомеханизированными и автоматизированными производствами.

Обогащение руд. Обогащение железосодержащих руд представляет собой ничто иное, как рафинирование (очищение) сырых материалов путем различных методов исключения из них пустой породы. Технический прогресс в этом направлении в горнорудной промышленности позволил вовлечь в промышленную эксплуатацию бедные руды, которые прежде вообще не считались металлургическим сырьем. Это, например, железистые кварциты Кольского полуострова, Титаномагнетитовые руды Качканарского месторождения, карбонатные и легкопористые марганцовые руды.

Технический прогресс в обогащении руд характеризуются постоянным усложнением применяемых схем и методов обогащения, увеличением глубины обогащения, а также вовлечением в эксплуатацию труднообогатимых руд, требующих тонкого измельчения для раскрытия рудных зерен.

Комбинирование магнито-гравитационные и магнито-флотационные схемы обогащения обеспечили значительное извлечение железа в концентрат и снижение потерь его в хвостах магнитной сепарации на обогатительных фабриках. Были введены в действие Качканарский, Ковдорский, Коршуновский и другие горнообогатительные комбинаты с фабриками для глубинного обогащения магнитных руд с более крупной вкрапленностью по сравнению с кварцитами. Построена фабрика глубинного обогащения на Магнитогорном металлургическом комбинате.

Технический прогресс коснулся обогащения железных руд в сочетании с их комплексным использованием. Так, из руд Высокогорного месторождения (НТМК) выделяются медные и кобальтовые концентраты путем флотационного обогащения хвостов магнитной сепарации.

Основной тенденцией совершенствования обогатительного оборудования по-прежнему остается совершенствование конструкций, увеличение производительности и повышение износостойкости дробильного оборудования, использование новых типов сепараторов, вакуум- фильтров, мельниц, дробилок и т.д.

Весьма перспективным направлением в технике и технологии обогащения руд является так называемый метод сухого самоизмельчения, при котором в качестве измельчающей среды используется не стальные шары, а сама руда. При этом методе снижается расход электроэнергии на 20%, улучшается раскрытие рудных сростков и тем самым улучшаются технико-экономические показатели обогатительных фабрик.

Наметилась тенденция во внедрении автоматизации контроля и регулирования процессов обогащения: автоматическое регулирование питания мельниц, регулирование плотности сливов классификаторов, автоматическое управление работой фильтровых насосов, автоматическое обнаружение металлических предметов в потоке руды, а иногда и их удаление.

Окускование руд. Сырая руда и даже подготовленные концентраты не могут использоваться в доменной плавке, т.к. при этом снизится производительность доменных печей на 25% и на столько же придется увеличить дорогостоящего кокса, а вынос колошиновой пыли увеличится на 30%. Это по сравнению с тем процессом, который сейчас уже применяется в доменном производстве.

Тенденции технического прогресса в подготовке шихты для доменной плавки сориентирован перенесения ряд металлургических операций на окускование концентратов путем их агломерации. При этом появляется возможность использования сернистых руд, т.к. в процессе агломерации при высокой температуре выгорает до 98% содержащихся в рудах серы.

Технический прогресс в агломерационном производстве характеризуется созданием крупных фабрик с современными ленточными машинами ленточного типа, увеличением площади спекания машин, совершенствованием технологии производства агломерата. Крупнейшие агломерационные фабрики построены на Магнитогорном, Нижне-Тагильском, Череповецком, Новолипецком металлургических комбинатах. На Качканарском горно-обогатительном комбинате построена фабрика, где работают машины с площадью спекания 204 м2. Весь агломерат

производится офлюсованием, что позволило вывести сырой известняк из доменной шахты и увеличить их производительность на 12%, а расход кокса снизить на 3-5%.

Агломерация - довольно пыльное производство. Причем пыль сернистая и при дожде образуются кислотные осадки. Поэтому одним из направлений технического прогресса при агломерационном производстве является укрывание агломерационных машин, транспортеров, мест перегрузки агломерата пыленепроницаемыми кожухами. На Качкананарском горнообогатительном комбинате ведутся работы по очистке отходящих газов от сернистых соединений.

При окусковании тонкоизмельченных концентратов методом агломерации можетпривести к резкому снижению производительности агломерационных машин. Поэтому тонкоизмельченный концентрат предварительно окомковывается в окатыши, а затем они обжигаются в специальных установках.

Весьма перспективным с точки зрения технического прогресса является производство металлизированных окатышей, применение которых обеспечит дополнительное повышение производительности доменных печей и снижение расхода кокса.

В настоящее время все предприятия горнорудной промышленности России получили статус самостоятельных акционерных обществ. Поэтому приоритетность направлений технического прогресса будет определятся не ростом объемов производства, а производством конкурентоспособной продукции. Иными словами, технический прогресс должен ориентироваться на качество поставляемого металлургическим комбинатам железосодержащихся материалов. Общее состояние горнорудной промышленности с позиции оценки ее по объему производства для внутреннего и зарубежных рынков представлено в таблицах 3.4.1. и 3.4.2.

Таблица 3.4.1.

Динамика производства железосодержащих материалов в черной металлургии России.

Железосодержащие

материалы Тыс. т. В %% к 2000 г. 2000 г. 2001 г. 2002 г. 2000 г. 2001 г. 2002 г. Руда железная товарная 79000 82800 82824 100 104,8 104,8 Окатыши

железорудные 25300 27900 28788 100 110,2 113,8 Чугун 46700 44700 45800 100 95,7 98,1 Отношение товарной руды к производству чугуна, един. 1,691 1,853 1,808

Таблица 3.4.2.

Экспорт железосодержащих материалов из России.

Железосодержащие

материалы Тыс.т. В %% от объема производства 2000 г. 2001 г. 2002 г. 2000 г. 2001 г. 2002 г. Руда и

железорудные

концентраты 15613 8240 10000 15 7,4 9 Чугун 3004 2843 3492 6,4 6,4 7,6

Показать полностью… https://vk.com/doc8049012_253682960
229 Кб, 22 декабря 2013 в 18:30 - Россия, Москва, МГВМИ, 2013 г., doc
Рекомендуемые документы в приложении