Подготовка руды и флюсов к плавке.

В настоящее время для выплавки чугуна используются лишь около 5 % сырой железной руды; 95 % руды до плавки подвергают дополнительной подготовке.

Подготовка руды дает возможность использовать более бедные руды, а также усовершенствовать процесс плавки.

Подготовка руд включает в себя ряд операций:

Дробление обеспечивает нужную степень измельчения руды.

Сортировка руды по классам крупности.

Усреднение материалов по химическому составу и свойствам, необходимо для обеспечения ровного хода доменной печи.

Все большее значение приобретает обогащение руды. В настоящее время обогащают около 80% всей руды. В результате обогащения руды получают концентраты, содержащие до 65÷66% Fe. Основным способом обогащения является магнитный: тонко измельченную руду помещают в магнитное поле, где магнитные частицы отделяются от пустой породы.

Для средне- и слабо магнитных руд перед обогащением проводят магнетизирующий обжиг.

Распространен также гравитационный метод: разделение в суспензиях, в которых рудный минерал тонет, а частицы пустой породы всплывают.

Для удаления рыхлой песчаной и глинистой пустой породы применяют наиболее простой и дешевый способ - промывку водой.

Агломерация и окатывание.

Тонко измельченные концентраты, пылеватая и мелкая руда уменьшают газопроницаемость

шихты, затрудняя ход доменной плавки, выносятся из печи потоком газов. До плавки такое железорудное сырье окусковывают путем агломерации или окатывания.

Агломерация - окусковывание мелкого железорудного сырья путем спекания. Наиболее часто агломерацию осуществляют на высокопроизводительных ленточных машинах. Лента машины -

Шихта

1 2 3

4

1 - барабанный питатель;

2 - зажигательный горн;

3 - спекательные тележки;

4 – вакуум-камеры (эксгаустеры).

- конвейер (замкнутая цепь) из 70÷150 спекательных тележек, движущихся на роликах по направляющим рельсам машины. Спекательная тележка (паллета) - стальная рама шириной 2÷4м, ее «днищем» служит колосниковая решетка. На решетку загружают тонкий слой агломерата (постель), чтобы не было просыпания мелкой шихты через зазоры решетки. Затем загружают слой агломерируемой шихты, состав которой:

1. Железосодержащие компоненты - аглоруда (крупностью до 8мм); концентраты, мелкий агломерат (возврат) - 70÷80 %.

2. Флюсы - измельченный известняк (до 20мм) - до 20%.

3. Топливо - мелкий кокс (коксик) (до 3 мм), каменноугольная мелочь и пыль - 5÷7%.

4. Марганцевая руда - 1%.

Агломерируемую шихту увлажняют (4÷6%) и перемешивают во вращающихся барабанах. После зажигания газовыми горелками начинается горение топлива. Воздух для горения просасывается с помощью вакуумных устройств (эксгаустеров). Зона горения постепенно перемещается вниз до колосников. В этой зоне при температуре 1300÷1500°С происходит спекание шихты в пористый продукт агломерат. После сортировки на грохоте куски 10÷40 мм используют для плавки, менее 10 мм - возврат.

В зоне горения и спекания протекают сложные физико-химические процессы: полное и неполное сгорание топлива (до СО₂ и СО) , частичное восстановление оксидов железа (F₂O₃ Fe₃O₄  FeO), разложение известняка (СaCO₃  CaO + CO₂) и др. При взаимодействии FeO; CaO; SiO₂ и др. оксидов образуется фаялит FeO· SiO₂ и другие соединения c Tпл =1130÷1250°С. В расплавленном состоянии они смачивают твердые зерна шихты и, затвердевая при охлаждении, обеспечивают образование прочных кусков агломерата (спекание). Агломерация не просто «окусковывание», а один из оптимальных способов подготовки мелкого железорудного сырья и флюсов к доменной плавке. При этом: высокая пористость и прочность кусков агломерата улучшает условия плавки; введение флюса (извести) в состав агломерата имеет преимущество по сравнению с загрузкой известняка в кусках (до 80 мм) отдельными порциями (колошами), т.к. на реакцию разложения известняка (СaCO₃  CaO + CO₂) затрачивается не доменный кокс, а малоценное топливо. Особо важно, что при агломерации из руды на 80÷90% удаляется сера.

Для окусковывания тонко измельченных концентратов (0,5 мм) применяют окатывание (производство окатышей), т.к. агломерация их затруднена. Производство окатышей включает две основные технологические операции: формирование сырых окатышей и их упрочнение (сушка и обжиг).

Чрезвычайно перспективное направление в металлургии - металлизация окатышей или агломерата, т.е. повышение доли металла (Fe) в руде.