12. Требования, предъявляемые к металлургическому топливу

Металлургическое топливо используется для получения высоких температур в

печах, а также для непосредственного участия в химических процессах

восстановления железа.Топливо, употребляемое при выплавке чугуна, должно быть калорийным,кусковатым и относительно дешевым, при этом, по возможности, должно быть близким к чистому углероду и обладать достаточной пористостью, прочностью и сопротивлением истиранию (износостойкостью). Кусковатость топлива непосредственно обусловлено его прочностью и износостойкостью. Пористость обеспечивает хорошее проникновение воздуха и газа через столб плавильных материалов. Кроме того, топливо должно содержать минимальное количество вредных примесей, особенно серы.

Основным топливом, применяемым при получении чугуна, является

каменноугольный кокс. Он получается сухой перегонкой некоторых видов

каменного угля, т. е. путем нагрева без доступа воздуха смеси коксующихся

углей до температуры 1200°С в течение 14 – 16 часов. При этом летучие вещества

удаляются, а остаток получается в виде спекшейся твердой пористой массы –

кокса. В среднем кокс содержит 80 – 90% С, калорийность 8000 ккал/кг,

температура воспламенения 700°С. Механическая прочность и способность

противостоять истиранию при движении шихты вниз, дроблению от ударов и

раздавливанию, у кокса выше, чем у других видов топлива.

Зола и сера являются нежелательными примесями в коксе. Зола уменьшает

содержание углерода, увеличивает количество известняка и шлака и уменьшает

прочность кокса. Присутствие серы повышает расход кокса и снижает

производительность доменной печи, а также ухудшает качество выплавляемого

чугуна.Древесный уголь получается в результате сухой перегонки дров. Уголь,

полученный обжигом в кучах, содержит до 90% С, калорийность 7300 ккал/кг.

Отсутствие серы и небольшая зольность являются весьма ценными качествами

древесного угля как топлива для металлургических печей. Однако его прочность и сопротивление истиранию значительно ниже, чем у кокса. Поэтому он

применяется в доменных печах небольшого объема (200— 300 м3

) при выплавке высококачественного чугуна из руд, содержащих незначительные примеси серы и

фосфора.Антрацит – ископаемый уголь, добываемый в Донбассе, содержит до 97% углерода С при очень малой зольности и небольшом содержании серы.

Теплотворная способность его 8500 ккал/кг. Отрицательным качеством антрацита является его способность при высоких температурах расслаиваться и

измельчаться. Последнее обстоятельство заставляет пользоваться антрацитом

главным образом как добавкой к коксу (от 15 до 50% от веса кокса).

Природный горючий газ (метан) обладает высокой калорийностью, низким

содержанием вредных примесей и отсутствием золы.

13. Подготовка шихты к доменному производству

Предварительная подготовка железной руды производится с целью

повышения производительности доменных печей. Подготавливают даже

наиболее богатые железом руды. Это снижает расход технологического сырья и

топлива. Подсчитано, что каждый процент увеличения содержания железа в руде повышает производительность доменных печей на 2 – 3% и сокращает удельный расход кокса на 2%.Оптимальным составом пустой породы является такой, при котором содержание основных и кислых окислов одинаково, т. е. (CaO + MgO) : (SiО2+Al2O3) ≈ 1. При этом условии легкоплавкий шлак получается без каких-либо добавок к шихте (самоплавкая руда). Но обычно это отношение меньше единицы, т. е. пустая порода – кислая, что требует усреднения, т.е. введения в состав шихты известняка.Предварительная подготовка включает 3 основных этапа: дробление,

обогащение и окомкование.Дробление руды производится с целью получения кусков оптимальных размеров с достаточно большой площадью соприкосновения поверхности руды с газами. Дробление – один из наиболее дорогих процессов подготовки руды. Для крупного и среднего дробления используется щековая дробилка. Также дробление осуществляют в шаровых мельницах, представляющих собой вращающиеся барабаны с чугунными шарами внутри. Грохочение применяется

для сортировки кусков руды по размерам. С этой целью руду после дробления

пропускают через грохоты (плоские или барабанные), которые представляют

собой металлические сита с ячейками различной величины.

Обогащение руды производится для еѐ разделения на концентрат и хвосты

(отходы). Современные способы обогащения позволяют получать рудный

концентрат с содержанием железа до 70% и выше. Однако оптимальное

содержание железа в концентратах должно быть 64 – 67%.

Современные способы обогащения руды представляют собой промывку,

гравиметрическую и магнитную сегрегацию (отделение). Промывка руды

осуществляется в специальных камерах струей воды под высоким давлением с

целью вымывания глинистых и песчаных примесей.Гравиметрическое отделение пустой породы осуществляется ваннах, которые

наполняют специальными суспензиями с высоким удельным весом – пустая

порода всплывает, а концентрат остается на дне.

Магнитное отделение пустой породы осуществляется на магнитном

сепараторе, который состоит из двух транспортерных лент, одна из которых

имеет внутри электромагнит. Куски руды (рудный концентрат), поступающие из

питателя на питающую ленту, проходя через магнитное поле, намагничиваются и пристают к снимающей ленте, а куски пустой породы (немагнитная фракция)

свободно падают с ленты.Окускование заключается в производстве окатышей двумя способами: агломерацией и окатыванием.

Агломерация нужна для того, чтобы мелкие частицы рудного концентрата

(рудная мелочь) превратить в куски. Для этого 40 – 50% мелочи (рудный

измельченный концентрат) смешивают с 15% известняка, 25% возврата мелкого

агломерата 6 – 12% коксовой пыли и затем спекают при температуре 1300 – 1600 °С. В ходе спекания происходит выгорание серы. Полученный прочный и

пористый офлюсованный продукт – агломерат дробят на куски, при этом

получают в остатке мелкие частицы агломерата, которые используют в качестве

возврата.По химическому составу агломерат близок к исходной руде, но лучше

восстанавливается благодаря высокой пористости, достигающей 50%.

Окомкование состоит в том, что увлажненный мелкоизмельченный

концентрат в смеси со специальным сортом глины (бентонит) поступает во

вращающийся барабан, где превращается в комки. Эти комки в другом барабане

покрываются угольным порошком и поступают на обжиг при температуре 1300

°С. При обжиге окатыши растрескиваются и становятся более пористыми.

Получаемые в результате этого процесса окатыши диаметром примерно 30 мм

отличаются высокой прочностью и пористостью. Их восстановимость выше, чем восстановимость агломерата.