1.2 Методы подготовки руд к плавке

Современное доменное производство предъявляет к железорудным материалам очень высокие требования. Для достижения высоких технико-экономических показателей работы доменных печей шихтовые материалы должны иметь высокое содержание железа, или минимально возможное количество пустой породы; низкую концентрацию вредных примесей; оптимальный размер кусков (20-40 мм); достаточно высокую прочность, чтобы при транспортировке к печи и в ходе плавки куски шихты не разрушались с образованием мелких фракций; постоянный химический состав больших масс шихтовых материалов. Большая часть железных руд в естественном состоянии этим требованиям не удовлетворяет. Для этого необходима тщательная подготовка сырых материалов к плавке, в первую очередь основной составляющей шихты - железорудных материалов.

Подготовка руды к доменной плавке в современных условиях позволяет решить и вторую задачу интенсификации процесса - снабжения доменной печи шихтой, состоящей из минимального числа компонентов (например, двух - офлюсованного железорудного сырья и кокса) определенной крупности и не содержащей мелких фракций (для железосодержащей шихты менее 5-8 мм). Уменьшение числа компонентов шихты достигается введением флюса - известняка в железосодержащую составляющую шихты, чаще всего в состав офлюсованного агломерата.

В зависимости от характеристики добываемой руды применяют следующие стадии подготовки ее к плавке: 1) дробление; 2) сортировка по классам крупности; 3) обогащение; 4) обжиг; 5) усреднение; 6) окускование.

Проведение всех этих мероприятий требует больших капиталовложений в строительство дробильно-обогатительных фабрик, усреднительных комплексов, фабрик по производству агломерата и окатышей, требует дополнительных энергетических затрат. Однако экономический эффект применения тщательно подготовленного сырья в доменных печах настолько велик (благодаря значительному повышению их производительности и существенному снижению расхода кокса), что компенсирует произведенные ранее затраты.

1.2.1. Дробление и измельчение руд

Машины, которые применяют для дробления - дробилки, могут уменьшать размер кусков до 5-6 мм. Более мелкое дробление называют измельчением, его осуществляют в мельницах.

В большинстве случаев дробление вместе с измельчением являются подготовительными операциями перед обогащением руд. Хотя возможно дробление в одном агрегате от 1500 мм, например, до 1-2 мм и меньше, но практика показывает, что это экономически невыгодно, поэтому на дробильно-обогатительных фабриках дробление осуществляют в несколько стадий, используя для каждой стадии наиболее подходящий тип дробилки: 1) крупное дробление от 1500 до 250 мм; 2) среднее дробление от 250 до 50 мм; 3) мелкое дробление от 50 до 5-6 мм; 4) измельчение до 0,04 мм.

Большинство применяемых в промышленности дробилок работает по принципу раздавливания кусков руды между двумя стальными сближающимися поверхностями. Для дробления руд применяют щековые дробилки (крупное и среднее дробление), конусные дробилки (крупное, среднее и мелкое дробление), валковые и молотковые дробилки (среднее и мелкое дробление).

Щековая дробилка (рис. 1, а) состоит из трех основных частей: - неподвижной стальной вертикальной плиты, называемой неподвижной щекой, - подвижной щеки, подвешенной в верхней части, - кривошипно-шатунного механизма, сообщающего подвижной щеке колебательные движения. Материал в дробилку загружают сверху. При сближении щек происходит разрушение кусков. При отходе подвижной щеки от неподвижной раздробленные куски опускаются под действием собственного веса и выходят из дробилки через разгрузочное отверстие.

Рис. 1 Дробилки: а – щековая; б – конусная; в – молотковая; г – валковая

Конусные дробилки работают по такому же принципу, что и щековые, хотя существенно отличаются от последних по конструкции. Конусная дробилка (рис. 1, б) состоит из неподвижного конуса, подвижного конуса, подвешенного в верхней части. Ось подвижного конуса своей нижней частью входит эксцентрично во вращающийся вертикальный стакан, благодаря чему подвижный конус совершает кругообразные движения внутри большого. При приближении подвижного конуса к какой-то части неподвижного происходит дробление кусков, заполняющих пространство между конусами в этой части дробилки, в то время как в диаметрально противоположной части дробилки, где поверхности конусов удалены на максимальное расстояние, происходит разгрузка дробленой руды. В отличие от щековых дробилок в конусных отсутствует холостой ход, благодаря чему производительность последних в несколько раз выше. Для среднего и мелкого дробления применяют короткоконусные дробилки, работающие по такому же принципу, что и конусные, но несколько отличающиеся от них по конструкции.

В валковой дробилке дробление руды происходит между двумя расположенными горизонтально стальными параллельными валками, вращающимися навстречу друг другу (рис. 1, в).

Для дробления хрупких пород невысокой и средней прочности (известняка, боксита, угля и др.) применяют молотковые дробилки, основной частью которых (рис. 1, г) является вращающийся с большой скоростью (500-1000 об/мин) ротор - вал с закрепленными на нем стальными пластинами-молотками. Дробление материала в дробилках такого типа происходит под действием многочисленных ударов молотков по падающим кускам материала.

Для измельчения руд обычно используют шаровые или стержневые мельницы, представляющие собой вращающиеся вокруг горизонтальной оси цилиндрические барабаны диаметром 3-4 м, в которых вместе с кусками руды находятся стальные шары или длинные стержни. В результате вращения с относительно высокой частотой (~20 мин^-1) шары или стержни, достигнув определенной высоты, скатываются или падают вниз, осуществляя измельчение кусочков руды между шарами или между шарами и поверхностью барабана. Мельницы работают в непрерывном режиме - загрузка рудой происходит через одну пустотелую цапфу, а разгрузка - через другую. Как правило, измельчение осуществляют в водной среде, благодаря чему не только устраняется пылевыделение, но и повышается производительность мельниц. В процессе измельчения происходит автоматическая сортировка частиц по крупности - мелкие переходят во взвешенное состояние и в виде пульпы (смеси частиц руды с водой) выносятся из мельницы, а более крупные, которые не могут находиться во взвешенном состоянии, остаются в мельнице и измельчаются дальше.