Лекции - 7 семестр
.pdf1) свободное (падение одиночных тел в жидкости на достаточно большом расстоянии от стенок, при котором их влиянием можно пренебречь);
2) стесненное.
!
В классификаторах и аппаратах гравитационного обогащения происходит только совместное падение многих частиц. Свободное падение является частным случаем
стесненного, когда число частиц в пульпе стремится к нулю.
!
Классификаторы — это аппараты, предназначенные для разделения по крупности
мелких частиц в жидкости или в газообразной среде.
!
Две основные разновидности:
!
1) |
классификаторы с гравитационным разделением (механические — реечные, |
2) |
чашевые, спиральные; гидравлические — однокамерные, многокамерные); |
классификаторы с разделением в поле центробежных сил (механическая разгрузка |
|
! |
— центрифуги, самотечная разгрузка — гидроциклоны и сепараторы). |
Пульпа (исходный материал) разделяется на:
!
1) пески (крупный материал);
2) слив (мелкий материал).
!
Различаются два способа разгрузки крупной фракции:
!
1) принудительная;
2) самотечная.
!
Принцип работы классификатора заключается в следующем: в емкость, заполненную водой, непрерывно подается пульпа, и наиболее тяжелые (самые крупные) частицы успевают за определенное время осесть на дно, в то время как мелкие частицы
остаются во взвешенном состоянии и выносятся потоком жидкости.
!
Эффективность работы классификатора:
!
!
Качество разделения частиц по крупности при классификации ниже, чем при
грохочении.
!
!
29. Способы обогащения руд. Магнитное обогащение. Сухая и мокрая магнитная
сепарация.
!
Плавка железных руд без обогащения сопровождается низкими технико-
экономическими показателями (низкая производительность, высокий расход кокса).
!
Обогащение — операция, в результате выполнения которой повышается концентрация полезного элемента вследствии удаления максимально возможного количества пустой
породы. Побочный эффект — удаление вредных примесей.
!
Обогащение по существу — механический процесс разделения частичек руды, представляющих собой либо полезный минерал, либо пустую породу (для этого используют различия по каким-либо свойствам полезного минерала и пустой породы:
по цвету, блеску, твердости, плотности, оптическим и электрическим свойствам).
!
Продукты обогащения: концентрат (материал, содержащий полезного минерала больше, чем его было в исходной руде), хвосты (материал, состоящий в основном из пустой породы и небольшого количества полезного минерала), промпродукт (материал, занимающий по содержанию промежуточное положение между
концентратом и хвостами, — подвергается дополнительному обогащению).
!
Эффективность процесса обогащения характеризуется комплексом показателей:
!
1)содержание металла в руде (альфа), концентрате (бетта) и хвостах V;
2)выход концентрата — отношение масс концентрата и пошедшей на его получение руды (Мк/Мр) — показывает, какое количество концентрата получается из одной тонны руды;
3)степень сокращения — показывает, во сколько раз уменьшается количество концентрата по сравнению с количеством пошедшей на его получение руды (R = Мр/Мк) = 1/лямбда;
4)степень обогащения — отношение содержание металла в концентрате и исходной руде (k = бетта/альфа);
5)степень извлечения металла в концентрат — показывает, какая часть его,
! содержащаяся в руде, перешла в концентрат (формула).
Степень извлечения металла при обогащении железных руд в зависимости от метода
обогащения и конструкции аппарата может изменяться в пределах от 60 до 90%.
!
Способы обогащения:
!
1)гравитационные (основаны на различии плотностей полезного минерала и пустой породы);
2)магнитная сепарация (основана на различии магнитной восприимчивости минералов и пустой породы);
3)электрическое обогащение (разделение частиц обусловлено их различными электрофизическими свойствами, в зависимости от которых под действием электрического поля изменяется траектория движения частиц);
4)флотация (основана на практическом использовании гидрофобности и гидрофильности минеральных частиц, то есть на различной смачиваемости минералов);
5) |
специальные способы обогащения (основаны на различии у минералов |
! |
специфических свойств: обогащение по трению и форме зерен, селективное |
раскрытие минералов, радиометрическая сепарация, ручная сортировка). |
Магнитная сепарация — наиболее распространенный метод для обогащения железных
руд.
!
...
!
Сепарация может производиться в водной, а также и в сухой среде. Вторая подходит больше для крупнозерной продукции, а мокрая — для тонкозернистой. Мокрая сепарация дает немного лучше результаты, нежели сухая, из-за того, что вода мешает магнитным и немагнитным частицам слипаться вместе. То есть мокрая магнитная сепарация в пульпе отличается от сухой пригодностью для мелких руд, частицы
которых лучше разделяются.
!
!
30. Порозность и газопроницаемость слоя. Физико-математическое определение
газопроницаемости.
!
Порозность (или пористость) — это объем пустот в слое сыпучего материала. Порозность слоя зависит от способа укладки кусков. Порозность существенно
уменьшается, если слой состоит из кусков различных диаметров.
!
Эффективность работы доменной печи зависит от газопроницаемости столба шихты. Хорошая газопроницаемость слоя обеспечивает максимальное прохождение газов с
минимальными потерями давления.
!
Газопроницаемость — свойство материалов пропускать воздух и другие газы при наличии перепада давления. Зависит от типа материала, его химической природы и структурных характеристик, а также от природы газа и температуры.
Газопроницаемость присуща в большей или меньшей степени всем материалам.
!
Коэффициент газопроницаемости выражается количеством газа, прошедшего при нормальных условиях в единицу времени и перепаде давления, равном единице, через
единицу поверхности материала единичной толщины.
!
!
31. Требования доменного процесса к качеству ЖРС. Показатели качества.
!
ЖРС: агломерат, окатыши, кусковая руда, брикеты.
!
Требования к качеству ЖРС:
!
1) максимальное содержание железа;
2) стабильность химического состава;
3) минимальное содержание вредных примесей;
4) минимальное содержание мелочи и крупных кусков;
5) хорошая механическая прочность в холодном состоянии;
6) высокая восстановимость;
7) достаточная «горячая» прочность;
8) высокая температура начала размягчения;
9) узкий температурный интервал размягчения;
10) обеспечение жидкоподвижности конечного шлака.
!
Типичные требования к качеству шихты определяются обеспечением стабильности и
воспроизводимости результатов процесса, в котором она используется:
!
1) постоянство химического состава; 2) однородность по химическому, минералогическому и гранулометрическому составу;
3) оптимальная крупность компонентов шихты;
4) оптимальная влажность.
!
Спасибо Вегману за это.
!
Вообще, с этими агломератами и окатышами выходит как-то так:
!
|
Агломерат |
Окатыши |
содержание железа, % |
51-53 |
62-64 |
содержание FeO, % |
6,5-16,5 |
7,5-16,7 |
CaO/SiO2 |
1,28 |
0,39 |
|
|
|
сопротивление удару при 20 °С, % |
92,9 |
95,9 |
сопротивление удару при 1000 °С, % |
93,8 |
94,7 |
разрушаемость при 20 °С, % |
5 |
1,2 |
разрушаемость при 1000 °С, % |
3,8 |
1,1 |
истираемость при 20 °С, % |
2,1 |
2,9 |
истираемость при 1000 °С, % |
2,2 |
4,1 |
вынос пыли, % |
5 |
2 |
!
Логично, что эффективность проплавки агломерата и окатышей зависит от их
качества.
!
И, если сравнивать (вопрос №42), то агломерат по сравнению с окатышами при восстановлении имеет более высокую горячую прочность и дает меньшее количество мелочи, затрудняющей протекание процессов в шахте печи. Это связано с тем, что агломерат имеет меньшую окисленность (содержит в основном магнетит) и большее количество связки. Однако агломерат имеет меньшую холодную прочность, чем окатыши. Это позволяет транспортировать окатыши на большие расстояния и в окатышах, загружаемых в доменную печь, содержится меньше мелочи, чем в агломерате (но агломерат, в свою очередь, дает меньше мелочи при восстановлении в доменной печи). Восстановимость окатышей по сравнению с агломератом выше, что
связано с более оплавленной структурой агломерата.
!
Как следует из вышесказанного, содержание мелочи в шахте печи при проплавке агломерата и окатышей выравнивается. Однако эффективность плавки на окатышах несколько снижается из-за того, что при их восстановлении образуется большее количество пылеватой фракции, затрудняющей процессы в шахте печи. Поэтому более высокое содержание в окатышах железа используется в печи менее эффективно, чем можно было ожидать. Повышение содержания железа в окатышах на 1% приводит к росту производительности и снижению расхода кокса на 1-1,5%
вместо 1,5-2,5% при проплавке агломерата.
!
В черной металлургии доля агломерата составляет более 70%, а доля обоженных
окатышей — 25-27%.
!
!
32. Требования доменного процесса к качеству кокса. Показатели качества.
Заменители кокса.
!
Кокс — твердый продукт коксования угля, полученный пиролизом каменного угля при
900-1100 градусах (без доступа воздуха) за 14-20 часов.
!
Кокс:
!
1)источник тепла (в доменной плавке);
2)разрыхлитель столба шихты;
3)восстановитель;
4)источник восстановительных газов;
5)создает коксовую насадку в нижней части печи, где только кокс остается в твердом состоянии (насадка воспринимает значительную часть веса столба шихтовых
! материалов).
Химические показатели качества кокса:
!
1)влажность (зависит от режима тушения) — не должна превышать 5% (минимальная влажность — 0.1-0.5% — получают при сухом тушении кокса, например, азотом);
2)зольность (влияет на выход доменного шлака и прочность кокса) — каждый 1% увеличения зольности приводит к снижению производительности доменных печей на 1-2% и повышению расхода кокса на 1-2%;
3)при коксовании приблизительно половина серы уходит с коксовым газом главным образом в составе сероводорода — считается, что при увеличении содержания серы в коксе на 0.1% удельный расход кокса в среднем возрастает на 1-1.4%;
4)содержание остаточных летучих веществ в коксе — зависит от температуры и продолжительности коксования (содержание летучих в коксе не должно превышать
1.5%);
5)одно из наиболее важных свойств кокса — содержание в нем 83-88% нелетучего
! углерода.
Физикохимические показатели кокса: горючесть и реакционная способность.
!
Горючесть кокса определяется скоростью взаимодействия его вещества с кислородом. Реакционная способность кокса определяется величиной константы скорости его
взаимодействия с двуокисью углерода при температуре 1100 градусов.
!
Доменный кокс пониженной реакционной способности в меньшей степени реагирует с двуокисью углерода и в шахте доменных печей. Понижение реакционной способности кокса во всех случаях приводило к снижению удельного расхода кокса и повышению
производительности печей.
!
По внешнему виду качественный кокс отличается столбчатой структурой, серебристым блеском поверхности куска и, кроме того, такой (качественный) кокс не
пачкает руки.
!
Заменители кокса (и восстановителей) : древесный уголь, каменный уголь (ПУТ), нефтекокс (мазут), смесь ПУТа и мазута, «городское» топливо, графит, антрацит (лучший сорт каменного угля, отличающийся большой теплотворной способностью;
может рассматриваться как переходная стадия между каменным углем и графитом).
!
1) Пылеугольное топливо (ПУТ) — каменный уголь, тонкоизмельченный (до 20-30 микрон) в специальных мельницах. Достоинства: низкая стоимость, высокая теплотворная способность. ПУТ предназначено для подачи в реакционное пространство пневмотранспортом. Недостатки: сернистость, зольность, относительная
абразивность.
!
2) Мазут — тяжелый остаток прямой перегонки и крекинга нефти, состоящий из тяжелых углеводородов (содержит 83-85% С и 10-11% Н). Достаточно дорогостоящий вид топлива, но обладает высокой теплотворной способностью и широко применяется в отражательных печах — особенно, в мартеновских. Теплота сгорания мазута составляет 6,1-64 МДж/кг, что несколько меньше, чем для кокса и ПУТ, и значительно больше, чем для природного газа. К существенным недостаткам мазута
также относится повышенное содержание серы и относительно высокая вязкость (для
снижения вязкости требуется подогрев).
!
3) Угольно-мазутная суспензия — смесь ПУТа и мазута. Облегчает эксплуатацию оборудования при подаче к металлургическому агрегату. Сочетает в себе
положительные качества ПУТа и мазута, но, вместе с тем, и их недостатки.
!
4) «Городское» топливо — брикеты из бытовых отходов. Производство данных
брикетов преследует цель рациональной утилизации отходов.
!
!
33. Флюсы. Назначение. Типы флюсующих материалов. Качество флюсовых
известняков. Методы введения флюсов в ДП. Основность: способы определения.
!
Основное назначение флюсов в доменной плавке — обеспечение полного ошлакования всей пустой породы, содержащейся в руде, в золе кокса и в других компонентах доменной плавки. С флюсом пустая порода и зола топлива образуют легкоплавкий сплав — доменный шлак; в расплавленном состоянии он удаляется из печи через шлаковую летку. Кроме того, флюс должен обеспечить получение шлака с необходимым химическим составом и физическими свойствами (что в значительной
степени определяет состав чугуна).
!
В зависимости от состава пустых пород и золы кокса возможно применение
следующих видов флюсов:
!
1) основного (представляет собой углекислый кальций в чистом виде или с примесью некоторого количества углекислого магния);
2) глиноземистого (глинистые сланцы, бокситы);
3) кислого (кварц, бедные железные руды с большим содержанием кремнезема).
!
Основные флюсы — обычно известняк (осадочная горная порода) — применяют в тех случаях, когда руды богаты кремнеземом и содержат мало или совсем не имеют в своем составе окиси кальция и магния. Известняк в чистом виде представлен кальцитом (CaCO3). Количество окиси кальция в кальците — 56%, углекислоты —
44%.
!
Глиноземистые флюсы применяют при плавке малоглиноземистых железных руд — в этом случае при плавке только на известняке основные известково-магнезиальные
шлаки получаются тугоплавкими, из-за чего доменный процесс затрудняется.
!
Кислые флюсы применяются при плавке высокоглиноземистых руд.
!
Основные флюсовые добавки получают путем добычи, дробления и обогащения известняка. В зависимости от химического и фракционного состава это сырье разделяют по маркам и сортам.
!
N. B. ОСТ — отраслевой стандарт.
!
Требования ОСТов (которые уже отменены, и на их основе разработаны стандарты для каждого предприятия) к химическому составу флюсового известняка сводились к ограничению содержания суммы СаО + MgO (не менее 50–54 % в зависимости от марки) при незначительном количестве MgO и нерастворимого остатка (не более 2-4 %). Более высокие требования предъявляются к флюсам для ферросплавного производства.
На наших заводах флюсы вводят в ДП главным образом в виде офлюсованного агломерата и офлюсованных окатышей, так как при разложении известняка непосредственно в домне технико-экономические показатели плавки ухудшаются (существенно увеличивается удельный расход кокса: 1) реакция сильно
эндотермическая; 2) снижается степень косвенного восстановления).
!
Такие недостатки заставили исключить сырой известняк из доменной шихты. Разложение известняка при производстве агломерата или окатышей оказывается более
экономичным, чем в ДП. На то есть две причины:
!
1)при обжиге окатышей и агломерации отсутствует процесс взаимодействия диоксида углерода CO2 с углеродом;
2)тепло, необходимое для компенсации эндотермического эффекта реакции разложения известняка, выделяется при сжигании топлива более дешевого, чем кокс (отходы в коксовой мелочи, антрацитового штыба, природного газа).
!
Основность — отношение основных окислов к кислым окислам (CaO/SiO2).
!
CaO/SiO2 = 0,6-0,9 — кислые шлаки.
CaO/SiO2 = 1-1,3 — нормальные и основные шлаки.
!
Кислотность или основность шлака зависит от состава шихты.
!
Универсальной формулой определения основности шлака (В) является отношение суммы концентраций основных оксидов к сумме концентраций кислотных и
амфотерных оксидов:
!
!
где k1, k2, k3 — коэффициенты, величиной которых учитывается эквивалентность FeO, MnO, MgO наиболее сильному основному оксиду CaO;
k', k'', k''' — коэффициенты, величиной которых учитывается эквивалентность P 2O5,
Al2O3, Fe2O3 наиболее сильному кислотному оксиду SiO2.
!
На сегодняшний день точные значения коэффициентов эквивалентности различных оксидов не установлены. Поэтому практическое использование полной формулы не представляется возможным. Обычно для расчета основности шлака пользуются
упрощенным соотношением (ну, CaO/SiO2).
!
!
* * *
!
34. Общая схема процесса агломерации железных руд.
!
Основная цель процессов окускования, в том числе и процесса агломерации —
получение кускового фракционированного продукта из мелкого железорудного сырья.
!
Агломерация (1887 год) — процесс окускования в результате сжигания топлива в слое спекаемых материалов. При агломерации удаляются вредные примеси, разлагаются
карбонаты, формируются шлакообразующие минералы.
!
Сущность процесса: после возгорания содержащегося в аглошихте топлива в слое развиваются температуры, достаточные для расплавления некоторого объема материала. Сформировавшийся вокруг горящей частички топлива расплав растворяет минералы, находящиеся с ним в контакте. Образуется своеобразный блок. По мере выгорания топлива в зоне снижается температура и происходит кристаллизация
расплава.
!