МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ДОМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ, И ИХ ПОДГОТОВКА К ПЛАВКЕ

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.

Железные руды содержат железо в различных соединениях: в виде оксидов Fe₃O₄, Fe₂O₃; гидроксидов Fe₂O₃ · nН₂О; карбонатов FeCO₃ и др., а также пустую породу, состоящую в основном из SiO₂, А1₂О₃, CaO, MgO и др. К железным рудам относятся магнитный железняк Fe₃O₄ (55 ... 60 % Fe), красный железняк Fe₂O₃ (55 ... 60 % Fe), бурый железняк, содержащий гидраты оксидов железа 2Fe₂O₃ · 3Н₂О и Fe₂O₃ · nН₂О (37 ... 55 % Fe); шпатовые железняки, содержащие FeCO₃ (30...40%Fe).

Марганцевые руды применяют для выплавки сплава железа с марганцем - ферромарганца (10 ... 82 % Мn), а также передельных чугунов, содержащих до 1 % Мn. Марганец в рудах содержится в виде оксидов и карбонатов: МnО₂, Мn₂О₃, Мn₃О₄, МnСО₃ и др.

Хромовые руды используют для производства феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов - хромомагнезитов. Хромовые руды содержат хромит (FeO · Сr₂О₃), магнохромит (Mg, Fe), Сr₂О₃ (до 40 % Сr₂О₃).

Комплексные руды используют для выплавки природно-легированных чугунов. Это железомарганцевые руды (до 20 % Мn), хромоникелевые руды (37 ... 47 % Fe, до 2 % Сг, до 1 % Ni), железованадиевые руды (до 0,17 ... 0,35 % V).

Топливом для доменной плавки служит кокс, позволяющий получать необходимую температуру и создавать условия для восстановления железа из руды; в целях экономии часть кокса заменяют природным газом, мазутом, пылевидным топливом.

Флюсом при выплавке чугуна в доменных печах является известняк СаСО₃ или доломитизированный известняк, содержащий СаСО₃ и MgCO₃, так как в шлаки должно входить определенное количество основных оксидов (CaO, MgO). Это необходимо для удаления серы из металла, в который она переходит из кокса и железной руды при плавке. В известняке суммарное содержание оксидов SiO₂ и А1₂О₃ не должно превышать 1 %. Содержание серы и фосфора должно быть минимальным. Для нормальной работы доменной печи шлак должен быть достаточно жидкотекучим при температуре 1450 °С. В таком шлаке отношение кислотных оксидов к основным должно быть около единицы:

(SiO₂ + А1₂О₃)/(СаО + MgO) ≈ 1.

Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Цель этой подготовки - увеличение содержания железа в шихте и уменьшение в ней вредных примесей - серы, фосфора, повышение ее однородности по кусковатости и химическому составу. Метод подготовки добываемой руды зависит от ее качества.

Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной для плавки величины. Дробление руды осуществляется на щековых или конусных дробилках, а также в шаровых мельницах и других агрегатах.

Размельченную руду сортируют по крупности грохочением, подобным просеиванию, на различных по конструкции классификаторах и гидроциклонах.

Обогащение руды основано на различии физических свойств минералов, входящих в ее состав: плотностей составляющих, магнитных, физико-химических свойств минералов. Промывка руды водой позволяет отделить плотные составляющие руды от пустой породы (песка, глины). Гравитация (отсадка) - это отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, на котором лежит руда: пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются. Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы, отделяя их от пустой породы.

Окускование производят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окускования: агломерацию и окатывание.

При агломерации шихту, состоящую из железной руды (40 ... 50 %), известняка (15 ... 20 %), возврата мелкого агломерата (20 ... 30 %), коксовой мелочи (4 ... 6 %), влаги (6 ... 9 %), спекают на агломерационных машинах при температуре 1300 ... 1500 °С. При спекании из руды удаляются вредные примеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты и получается кусковой пористый офлюсованный материал - агломерат.

При окатывании шихту из измельченных концентратов, флюса, топлива увлажняют, и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах (грануляторах) она приобретает форму шариков-окатышей диаметром до 30 мм. Окатыши высушивают и обжигают при температуре 1200 ... 1350 °С на обжиговых машинах, после чего они становятся прочными и пористыми. Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, так как флюс в необходимом количестве входит в их состав.