Глава III. Подготовка сырых материалов

1. Обогащение и усреднение руд

Чтобы обеспечить высокопроизводительную работу доменных печей, необходимо проплавлять высококачественные сырые материалы, в том числе железные и марганцевые руды.

Рис. 2. Конусная дробилка для среднего и мелкого дробления: 1 - стальная литая станина; 2 - опорное регулирующее кольцо; 3 - коническая дробящая поверхность; 4 - дробящий конус

Почти вся добываемая руда перед доменной плавкой проходит специальную подготовку. В зависимости от качества добываемых руд используют следующие методы ее подготовки: дробление и сортировку после добычи, обжиг, обогащение, усреднение для получения однородности по химическому составу и физическим свойствам, окускование, т. е. превращение мелкой руды в кусковую.

Рис. 3. Щековая дробилка: 1 - неподвижная щека; 2 - подвижная щека; 3 - вал подвеса подвижной щеки; 4 - главный вал с эксцентриком; 5 - распорные диски

Дробление и грохочение (рассев) железных руд проводят у мест их добычи. Необходимость дробления диктуется тем, что по условиям доменной плавки (независимо от размеров доменных печей) размер кусков должен составлять от 10 до 80 мм. Для дробления руд на рудниках и рудообогатительных комбинатах используют оборудование, называемое дробилками.

Наиболее широко для дробления руды применяют конусные дробилки, которые обладают большой производительностью. В зависимости от величины загружаемых кусков и степени измельчения производительность конусных дробилок колеблется от 250 до 3750 т/ч (рис. 2). При вращении дробящий конус вместе с вертикальным эксцентриковым валом то приближается к внутренней поверхности дробящего корпуса, то удаляется от нее. При сближении поверхностей происходит дробление; при удалении поверхностей друг от друга дробилка разгружается от руды. Таким образом, загрузка, дробление и разгрузка конусных дробилок при их работе происходит непрерывно.

Для дробления используют также щековые дробилки (рис. 3). После дробления руды подвергают грохочению (рассеиванию), так как руды, содержащие одновременно крупные и мелкие фракции, не пригодны ни для плавки в доменных печах, ни для агломерации. Пылеватые фракции крупностью менее 8 - 10 мм нарушают ход доменной печи; крупные куски размером более 8 - 10 мм резко ухудшают качество агломерата. Для разделения дробленной руды на классы по крупности используются грохота различной конструкции. Дробление и грохочение являются как бы первичной стадией подготовки руд к плавке в доменных печах.

Рис. 4. Коническая бутара с решетчатой поверхностью для промывки руды

Бедные руды подвергают обогащению, которое заключается в максимальном удалении пустой породы и вредных примесей. Обогащенная часть руды называется концентратом, а удаляемая пустая порода, которая содержит незначительную часть железа, - хвостами.

Улучшение качества железных руд путем обогащения является главным условием для повышения производительности доменных печей. В настоящее время обогащается более 60% всех добываемых руд. В последующие годы доля обогащаемой руды будет резко увеличена.

Существует несколько способов обогащения железных и марганцевых руд. Каждый способ выбирают в зависимости от физических свойств минералов, входящих в состав руды, и от экономической целесообразности применения того или иного способа. Одним из наиболее простых, дешевых и распространенных способов обогащения является промывка. Этим способом обогащаются железные и марганцевые руды, содержащие глинистую пустую породу. Основной принцип промывки материалов состоит в том, что при перемещении руды (известняка) проточной водой в специальных устройствах (корыто-мойки, бутары, барабаны) происходит размягчение, а затем разрушение пустой породы, которая удаляется в виде грязной воды - шлама - из моечного аппарата. На рис. 4 показана конструкция моечного аппарата, называемого бутарой, которая представляет собой конический или цилиндрический барабан, сделанный из сетки. Внутрь барабана подается руда и вода. При вращении барабана происходит промывка руды и удаление с водой через сетку барабана размягченных глинистых и песчаных частиц. Расход воды на 1 т руды колеблется от 1 до 8 м³.

Рис. 5. Схема устройства отсадочной машины: а - поршневая машина; 1 - вода; 2 - разделительная перегородка; 3 - поршень; 4 - эксцентрик; б - машина с подвижным ситом

Способ, основанный на разделении минералов по плотности в какой-либо среде, например в воде или искусственной тяжелой жидкости, называется гравитационным¹. Наиболее распространенным гравитационным способом является обогащение в отсадочных машинах. Крупность обогащаемой руды должна быть одинаковой и составлять от 0,5 до 60 мм. Обогащение в отсадочных машинах основано на различной скорости опускания в жидкости отдельных кусков, имеющих различную плотность. На погруженное в воду сито поступает обогащаемая руда, а через нее вверх и вниз циркулирует вода. При движении воды вверх более легкие кусочки поднимаются быстрее тяжелых, а при движении воды вниз тяжелые зерна будут опускаться быстрее легких. При этом нижние слои руды на сите будут наиболее богаты железом, так как их плотность больше (рис. 5). Обогащенную руду удаляют с сит специальными приспособлениями. Обогащение руд в тяжелых жидких средах (суспензиях) заключается в том, что через суспензию, плотность которой больше плотности пустой породы и несколько меньше плотности железосодержащих материалов, пропускается руда. Пустая порода всплывает, а более тяжелая, богатая железом руда осаждается. Исходным материалом для приготовления суспензии служит ферросилиций², который измельчается в порошок, а затем смешивается с водой. Обогащение в тяжелых средах проводится в специальных устройствах. Расход ферросилиция составляет от 0,2 до 0,4 кг и воды от 0,13 до 0,2 м³ на 1 т руды

¹(От слова гравитация - тяготение. К гравитационному способу можно отнести и промывку.)

²(Ферросилиций - сплав железа, углерода и кремния с незначительным содержанием марганца. Хорошо дробится и измельчается.)

Рис. 6. Схема магнитных сепараторов: а - барабанный; б - ленточный; в - вертикальный; 1 - загрузочное устройство; 2 - делительная перегородка; 3 - магнитная фракция; 4 - немагнитная фракция; 5 - магниты

Большое распространение получил способ обогащения с помощью магнитной сепарации, заключающейся в том, что руду пропускают через магнитное поле, в результате чего магнитные железосодержащие окислы (минералы) отделяются от немагнитной пустой породы. Магнитное обогащение бывает сухим и мокрым. Для такого обогащения применяют магнитные сепараторы. При сухой сепарации обогащаются кусковые, а при мокрой - мелкие поршкообразные (естественные или специальные измельченные) руды. На рис. 6 показана схема магнитной сепарации. Если возникает необходимость обогащать руду, не содержащую магнитных окислов (Fe2О3), то этой руде придают магнитные свойства путем магнетизирующего обжига, который состоит в прокаливании руды в различных газовых средах во вращающихся трубчатых печах. При этом слабомагнитная окись Fe₂О₃ переходит в сильно магнитную Fe₃О₄ по реакции

Получение богатых железом концентратов путем флотации¹ является сравнительно новым методом.

¹(Флотация - всплывание.)

Способ флотации основан на том, что отдельные мелкие частицы пород, входящих в состав обогащаемых руд, всплывают на поверхность воды вместе с пеной.

Во время флотации тонкоизмельченная руда (менее 1 мм) механически или воздухом перемешивается в флотационных машинах с водой, к которой добавлены специальные вещества - флотореагенты. В настоящее время в качестве флотореагентов применяют дешевые масла и другие вещества. Образующаяся масса пузырьков поднимает на поверхность воды частицы богатой руды, которые прилипают к пузырькам. Бесконечное множество пузырьков с прилипшими к ним мельчайшими частицами богатой руды (концентрата) образуют прочную флотационную пену, которая удаляется специальными устройствами или самотеком. Содержание железа в концентраторах после флотации может составлять более 63%.

После мокрого обогащения железорудный концентрат обезвоживают в специальных фильтровальных установках, в результате чего содержание влаги снижается до 8 - 12%.

На современных обогатительных фабриках применяются различные способы обогащения.

Важнейшим условием высокопроизводительной работы доменных печей является также обеспечение ровного по составу переплавляемого материала.

Но содержание основных компонентов, составляющих железную руду, часто изменяется в широких пределах. Поэтому руда на всех этапах ее подготовки перед проплавкой в доменной печи должна усредняться, т. е. перемешиваться, чтобы обеспечивался ровный ее состав. Нормальным считается такое усреднение, когда в основной массе руд колебание по содержанию железа составляет не более ±0,5%.

Окончательное усреднение сырых материалов происходит на рудных дворах доменных цехов и агломерационных фабрик. Некоторые доменные цехи (Магнитогорский металлургический комбинат) не имеют рудных дворов. В таких случаях тщательное усреднение проводят у места добычи руды.

Для усреднения железных руд и концентратов (продуктов обогащения руд) на рудных дворах их после разгрузки из вагонов рудно-грейферным краном укладывают тонкими слоями в штабеля по всей ширине рудного двоpa. Гребень от гребня насыпают на расстоянии, которое равно величине раскрытого грейфера. Затем заполняют пространство между гребнями и т. д. Обычно высота гребня при формировании штабеля не превышает 0,5 - 0,7 м. Высота штабеля при полном его заполнении достигает 15 - 20 м (рис. 7).

Рис. 7. Схема укладки руды в штабель и забора из него грейфером (уступами)

Забирают руду из штабеля теми же кранами вертикально. При заборе руды из одного штабеля другой штабель должен формироваться.

Складирование и усреднение железных руд или концентратов возможно с помощью ленточных конвейеров и разгрузочных устройств (станций) на эстакадах. Забор руды осуществляется снизу штабеля также с помощью ленточных конвейеров. В табл. 7 приведены результаты усреднения. Из нее видно, что до усреднения содержание железа колебалось от 46 до 55% и выше. После усреднения на рудном дворе основная масса руды (71,2%) содержит от 50 до 51% железа.

Таблица 7

Приведенные в табл. 7 данные нельзя признать отличными, но все же они характеризуют возможность усреднения руды.

Усреднение шихтовых материалов на рудном дворе не заканчивается, оно продолжается в бункерах доменного цеха. Для этой цели составляют график загрузки в бункера и забора из них материалов перед загрузкой в печь.

На металлургических заводах зимой иногда возникают большие трудности при разгрузке железной руды и особенно концентратов из железнодорожных вагонов вследствие их смерзания. С целью борьбы со смерзанием железную руду и концентраты при погрузке в вагоны пересыпают обожженной известью. Обожженная известь вступает в реакцию с водой, в результате чего выделяется большое количество тепла, что препятствует смерзанию. Кроме этого, на заводах (не только в северных, но и в южных районах страны) предусматривают рудоразмораживающие сооружения, представляющие собой закрытые отапливаемые гаражи, где размещается целиком прибывший на завод железнодорожный состав с рудой. Разогрев руды длится от 2 до 4 ч (в зависимости от степени смерзания), после чего руду выгружают.