5.1.2. I стадия - подготовка железных руд к плавке
Современное доменное производство предъявляет к железорудным материалам очень высокие требования по гранулометрическому и химическому составам, по содержанию вредных примесей, по прочности, восстановимости. Поэтому практически все добываемые железные руды подвергаются полному комплексу подготовки: дробление, измельчение, грохочение, классификация, обогащение, усреднение, окускование (см. разделы 4.2.7 и 4.2.8).
Таблица 5.1
Важнейшие железорудные месторождения России
Примечание. Числитель - в руде, знаменатель - в концентрате.
Самым распространенным способом обогащения железных руд является электромагнитное. Реже применяется гравитационное. Очень редко флотация (в связи с тем, что по смачиваемости минералы пустой породы и оксиды железа практически не различаются). На рисунке 5.1 приведена в качестве примера схема обогащения железной руды Оленегорского месторождения.
Из таблицы 5.2, где сопоставлены химические составы исходной руды и полученного из нее концентрата, видно, что содержание железа в результате обогащения увеличилось в 2 раза, а количество пустой породы уменьшилось в 5,5 раза. Во столько же раз сократится количество доменного шлака и соответственно - расход топлива (кокса) на его плавление.
Таблица 5.2
Химические составы железной руды Оленегорского месторождения и полученного из нее концентрата
Чем выше хотят получить содержание железа в концентрате, тем мельче приходится дробить руду, тем дороже получается концентрат и больше потери Fe в хвостах. Поэтому на каждом металлургическом предприятии определяют оптимальные условия обогащения, при которых получается минимальная себестоимость доменного чугуна.
Рис. 5.1. Технологическая схема обогащениямагнетитов Оленегорского
Месторождения
Как уже отмечали, мелкий железорудный концентрат непригоден для непосредственного употребления в доменной плавке - его нужно предварительно окусковывать до 20-40 мм. В черной металлургии для окускования рудных материалов применяют агломерацию и производство окатышей.
При выборе способа окускования руководствуются следующими соображениями. Если после обогащения получаются грубозернистые концентраты, то всегда применяют агломерацию. Из тонкоизмельченных концентратов (-0,05 мм) производят окатыши обычно в тех случаях, когда фабрика окускования находится на удалении от доменного цеха (в составе горно-обогатительного комбината). Окатыши лучше (без разрушения) переносят транспортировку железнодорожным транспортом.
Как уже отмечалось, железорудные агломераты должны иметь максимально возможное содержание железа, минимальное содержание серы, оптимальную основность CaО:SiО2 в интервале 1,1-1,4; достаточную прочность, хорошую восстановимость.
Несмотря на кратковременность воздействия высоких температур на агломерируемый материал (1,5-2,0 мин), в нем успевают пройти многочисленные химические реакции и физические превращения, влияющие на качество агломерата.
Главный технологический параметр управления агломерационным процессом - это регулирование содержания углерода топлива в шихте. При горении углерода выделяется требуемое для спекания рудных частиц тепло, а образующаяся при этом газовая фаза с примерно равными концентрациями СО и СО2 способствует образованию вюстита (FeO) в результате частичного восстановления Fe2О3 и Fe3О4.Присутствие FeO в спекаемом материале облегчает получение расплава при относительно невысоких температурах (1200°С) благодаря образованию фаялита 2FeО•SiО2 или железокальциевых оливинов CaО•FeО2•SiО2 (при производстве низкоосновных агломератов). Основное количество железа в офлюсованных агломератах находится в виде Fe3О4; несколько меньше содержание Fe2О3; некоторое количество железа входит в состав связки - в виде кальциевых оливинов. С увеличением содержания углерода топлива в шихте увеличивается концентрация Fe3О4 и оливинов и снижается содержание гематита – Fe2О3. При этом увеличивается прочность агломератов, но снижается их восстановимость.
Вторым технологическим фактором агломерационного процесса является основность шихты. В неофлюсованном агломерате связкой является трудно-восстановимый фаялит. По мере повышения основности шихты последовательно увеличивается содержание следующих фаз: оливинов -–> кальциевых силикатов (2СаО•SiО2) -–> ферритов кальция (CaО•Fe2О3, 2СаО•Fe2О3).
В ходе агломерационного процесса успешно (на 70-90%) удаляется сера из руды - выгорает (уходит с газом в виде SО2). Химические реакции десульфурации те же, что и при окислительном обжиге сульфидных руд (см. раздел 5.3.2).
В обожженных окисленных окатышах основной рудной фазой является гематит (при содержании FeO - 2-3%). Нерудные фазы те же, что и в агломератах. При обжиге окатышей большая часть серы из руды удаляется с газом.