Питання для самоконтролю засвоєння матеріалу:

1. Ціль дроблення і подрібнення руд.

2. Ціль грохочення і класифікації.

3. Сутність і методи гравітаційного збагачення.

4. Принцип роботи магнітних сепараторів.

5. Ціль і методи усереднювання залізняку.

6. Збагачення залізняку промивкою.

2.2 Окускування залізорудної сировини

2.2.1 Агломерація

Схема агломераційного процесу. Технологічна схема аглофабрики. Підготовка шихти. Спікання агломерату. Конструкція стрічкової агломераційної машини. Устаткування і пристрій аглофабрики

Агломерацією називають процес окускування матеріалів спіканням їх при нагріві до утворення рідких фаз за рахунок спалювання палива в самому матеріалі або підвода тепла із сторони.

Шихту, яка складається з дрібного залізняку, концентрату, твердого палива, повернення, флюсу, марганцевої руди, відходів металургійного виробництва змішують, зволожують, згрудковують і завантажують на колосникову решітку, під якою створюють розрідження з метою просмоктування газу через агломерований шар. Верхній шар шихти обробляють високотемпературними (1000-1200°С) продуктами горіння палива, які створюються в запалювальному горні, внаслідок чого займається паливо, яке входить до складу шихти. Горіння палива шихти за рахунок кисню повітря, просмоктуваного через її шар, йде тонкою (15-30 мм) горизонтальною смугою, яка переміщається вниз із швидкістю 20-40 мм/хв, нагріваючи і опікуючи шихту.

Опікуваний шар умовно можна розбити на декілька зон, які характеризуються протіканням певних процесів. У верхній зоні вже спеченого агломерату відбувається підігрів повітря, яке охолоджує агломерат. Під цією зоною розташована зона горіння палива або зона спекания агломерату. Агломераційна шихта в цій зоні підігрівається до температури 1300-1500 °С, що обумовлює появу рідких фаз, які і склеюють частки шихти між собою.

Наступну зону називають зоною підігріву шихти гарячими газами, які виходять із зони спікання. Підігрів шихти обумовлює випаровування з неї вологи, яка конденсується в нижніх, більш холодних шарах агломераційної шихти. Цю зону називають зоною перезволоження, оскільки вміст у ній вологи вище оптимального. Процес спікання вважається закінченим, коли зона горіння досягне колосникової решітки.

Основні фізичні, фізико-хімічні і хімічні процеси при агломерації зводяться до руху газів через шар агломераціойної шихти, горіння твердого палива, відновлення оксидів заліза, розкладання карбонатів, утворення рідких фаз, теплообміну між шихтою і газом.

Спікання агломерату проводять на стрічкових агломераційних машинах. Основна частина машини - нескінченна стрічка, створена візками для спікання - палетами, які представляють металеві ящики з бічними стінами - бортами - і дном у вигляді колосникової решітки. Палети рухаються по рейках на ходових роликах. Під верхньою горизонтальною гілкою агломашины розташовані вакуум-камери, пов'язані з відсмоктуючим вентилятором-ексгаустером, завдяки чому під колосниковою решіткою створюється розрідження, забезпечуюче просмоктування повітря через опікуваний шар.

Агломераційна фабрика включає систему подачі, усереднювання і дозування шихтових матеріалів, їх перемішування і попереднього згрудкування, відділення спікання й обробки аглоспіку. Продуктивність агломераційних машин визначається площею спікання і може досягати 26000 т агломерату на добу.

Мета окускування – збільшення розмірів частинок залізовмісних матеріалів для поліпшення газопроникності стовпа шихтових матеріалів. На даний час у чорній металургії використовують три способи окускування: брикетування, агломерацію, виробництво окатишів.

Брикетування – спосіб окускування, заснований на пресуванні залізовмісних матеріалів із отриманням брикетів заданої форми з подальшим їхнім зміцненням. Брикетування застосовують частіше всього для окускування відходів металургійного виробництва – шламів, пилу, окалини, стружки.

Найпоширенішим способом окускування залізовмісних матеріалів є агломерація – нагрівання певним способом підготовленої агломераційної шихти до температури створення рідких фаз, які склеюють частинки шихти при подальшому охолоджуванні.

З численних запропонованих способів здійснення агломераційного процесу найбільше розповсюдження отримало виробництво агломерату на конвеєрних агломераційних машинах просмоктуванням повітря крізь укладену на конвеєр шихту. Схема конвеєрної агломераційної машини представлена на рисунку 2.1.

Основною частиною машини є металевий жолоб шириною 2 - 4 метри і завдовжки 25 - 50 метрів, утворений з щільно зсунутих візків із бортами (палет), що переміщаються по рейках. Дно у візків набрано з колосників зі щілинами шириною 5 - 6 мм. Рух візків здійснюється за допомогою електроприводу, розташованого в головній частині агломашини. Зубчасте колесо приводу захоплює візок з нижньої (холостої) гілки конвеєра, піднімає його, притискує до попереднього візка і через нього штовхає всі інші, які знаходяться на верхній горизонтальній гілці машини.

1 – барабанний живильник для завантаження шихти;

2 – напрямні рейки; 3 – запалювальне горно; 4 – візки для спікання (палети); 5 – привідне колесо (зірочка); 6 – вакуум-камери

Рис. 2.1 – Схема агломераційної машини

В хвостовій частині агломашини палети переходять на дугоподібні напрямні, перекидаються, при цьому відбувається розвантаження з них агломерату, а самі палети по похилих напрямних під дією власної ваги скачуються до головної частини агломашини. Після цього цикл повторюється. Під горизонтальною частиною агломашини змонтовані вакуум-камери, поєднані за допомогою колектора з вентилятором-димососом, так званим ексгаустером. Таким чином, під колосниковою решіткою створюється розрядження ~ 10 кПа, що і є рушійною силою для надходження повітря в шар укладеної на палети агломераційної шихти. В головній частині агломашини над палетами розташовано запалювальне горно для запалення твердого палива, яке входить до складу агломераційної шихти.

До складу агломераційної шихти входять наступні компоненти:

1. руда залізна з розмірами частинок до 10 мм;

2. концентрат збагачення бідних залізних руд;

3. тверде паливо (дрібний кокс з розмірами частинок 0-3мм, іноді з добавкою кам'яного вугілля);

4. флюси (вапно і вапняк крупністю 0 - 3 мм);

5. зворот – раніше спечений агломерат з розмірами частинок менше 10 мм;

6. відходи металургійного виробництва: колошниковий пил, шлами, окалина, шлаки сталеплавильного виробництва;

7. волога (вода додається для збільшення вологості шихти до 6 - 8 % з метою згрудкування дрібних частинок шихти).

Компоненти шихти в заданому співвідношенні змішуються, згрудковуються й укладаються шаром завтовшки 250 - 400 мм на колосникову решітку агломераційної машини.

Процес агломерації починається із запалення твердого палива, що входить до складу шихти, шляхом нагріву поверхневого шару шихти до температури ~ 1200 ^оС, коли вона знаходиться під запалювальним горном.

Загальна схема агломераційного процесу може бути представлена таким чином. Повітря, засмоктуване в агломераційну шихту, нагрівається в поверхневому шарі і забезпечує інтенсивне горіння твердого палива. Температура на цьому горизонті досягає 1300 - 1500 ^оС, що приводить до часткового розплавлення шихти. В результаті руху газу через шар напіврозплавленого матеріалу, агломерат набуває пористу структуру. Гарячі гази із зони утворення агломерату, продовжуючи рухатися вниз, нагрівають матеріал нижчерозташованого шару, в якому послідовно йдуть процеси випаровування вологи, розкладання гідратів і карбонатів. Як тільки температура досягає 700 - 800 ^оС, відбувається запалювання палива – починається інтенсивний нагрів шихти, її часткове плавлення й утворення агломерату. Паливо розташованого вище шару повністю вигоряє, а холодне повітря, що безперервно поступає в шар, охолоджує утворений агломерат. Таким чином, зона максимальних температур постійно переміщається вниз, вище якої збільшується висота шару готового агломерату.

Агломераційний процес має шаровий характер, коли високі температури концентруються в порівняно вузькому шарі завтовшки 20 - 30 мм, оскільки вміст твердого палива у складі агломераційної шихти рідко перевищує 4 – 5 %.

Не дивлячись на нетривалість дії високих температур на агломерований матеріал (1,5 – 2 хв), в ньому встигають здійснитися багато фізико-хімічних процесів, які визначають якість агломерату. Окислення вуглецю палива відбувається з утворенням СО₂ і СО приблизно у рівних кількостях:

4С + 3О₂ = 2СО₂ + 2СО.

Наявність СО в газовій фазі дає можливість відновлення вищих оксидів заліза з утворенням FeO:

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂,

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂.

Присутність FeO полегшує отримання розплаву при відносно невисоких температурах (1200 ^оС) унаслідок утворення фаяліту:

2FeO + SiO₂ → Fe₂SiO₄,

або утворення залізокальцієвих олівінів:

FeO + CaO + SiO₂ → CaO·FeO·SiO₂.

При великому вмісті СаО в шихті разом з силікатами кальцію та заліза утворюються ферити кальцію CaO·Fe₂O₃ і 2СаО·Fe₂O₃.

В процесі агломерації видаляється найбільша частина сірки, що міститься в шихті, за схемою:

FeS₂ → FeS + S,

S + O₂ → SO₂ ↑,

3FeS + 5O₂ → Fe₃O₄ + 3SO₂ ↑.

Виробництво окатишів є найраціональнішим способом окускування залізорудних концентратів. Залучення у виробництво великої кількості бідних руд і розвиток у якості основних методів їхнього збагачення магнітної сепарації та флотації, які вимагають тонкого подрібнення руд, привело до того, що основним компонентом агломераційної шихти став концентрат. Це привело до зниження продуктивності агломашин приблизно вдвічі.

1 Тут і далі надано зміну ентальпії ∆Н термодинамічної системи (при хімічних перетвореннях різниця ентальпій речовин, що створюються, та вихідних речовин після приведення їх до стандартної температури 298 К виражається у виді теплового ефекту при постійному тиску). Якщо ∆Н>0, то протікає ендотермічна реакція з поглинанням тепла, і навпаки, якщо ∆Н<0, реакція екзотермічна.

19