ОСНОВЫ АГЛОМЕРАЦИИ. ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Подготовка и усреднение компонентов шихты. по химическому составу

Шихта для агломерации состоит из нескольких компонентов, отличающихся по гранулометрическому и химико-минералоги­ческому составу. Основным компонентом является руда или смесь руд, к которой добавляется возвратный материал, пред­ставляющий собой мелкий агломерат в смеси с неспекшейся шихтой. На агломерационных фабриках, расположенных при металлургических заводах, к указанной рудной шихте, как пра­вило, добавляется колошниковая пыль, окалина, а в последнее время известняк и известь для получения офлюсованного агло­мерата.

Гранулометрический состав компонентов лежит в широком диапазоне — от зерен крупностью 10 мм до тонкодисперсных частиц. Значительная неоднородность гранулометрического со­става шихты имеет место и тогда, когда в спекание поступает только один сорт постоянной по крупности руды или концен­трата вследствие добавки возвратного материала, характери­стика крупности которого отличается от характеристики круп­ности руды и концентратов.

Компоненты шихты существенно различаются между собой по физическим и химическим свойствам; удельные и объемные веса, форма зерен, влагоемкость, теплопроводность и теплоем­кость, минералогический состав различны, т. е. система неодно­родна.

В процессе спекания под действием высоких температур ком­поненты шихты вступают в химические реакции, в результате которых появляются новые виды соединений, а получающийся агломерат представляет уже более или менее однородный про­дукт.

Чем однороднее агломерат, тем выше его металлургическая ценность. Однородность состава агломерата зависит не только от собственно процесса спекания, но и от того, насколько хоро­шо подготовлены к процессу отдельные компоненты и вся ших­та в целом.

К подготовительным операциям относятся;

1) подготовка компонентов шихты по крупности;

2) усреднение компонентов шихты по химическому составу;

3) смешивание шихты;

4) увлажнение шихты.

Подготовка шихты по химическому составу имеет большое практическое значение не только для агломерационного процес­са, но и для последующей металлургической плавки. При по­ступлении на агломерационную фабрику нескольких сортов руд, отличающихся по химическому составу, всегда целесообразно шихтовать их в соотношении, обеспечивающем постоянное или с минимальными отклонениями содержание железа и кремне­зема в агломерате, а в случае производства офлюсованного аг­ломерата — и постоянную основность. Это возможно только тогда, когда в поступающих рудах колебания в содержании этих компонентов невелики. Практически постоянство химиче­ского состава руд, а также коксика достигается их усреднением. Для этого при агломерационных фабриках должны проектиро­ваться и сооружаться склады, оборудованные соответствующи­ми устройствами для усреднения руд, или же достаточно разви­тая система приемных бункеров для той же цели.

Лучшей организацией работ по усреднению руд является та, при которой усреднение руды начинается при добыче на рудни­ке. На основании данных геологического опробования место­рождения составляется план горных работ с определением в процентах среднего содержания основных компонентов в до­бываемой руде: железа, кремнезема, глинозема и др. и с опре­делением средневзвешенного содержания их, т. е. содержания, пропорционального количеству добываемых разновидностей руд. Это процентное содержание принимается в качестве базы, к которой должны приближаться сменные и даже часовые ана­лизы усредненной рудной части шихты с отклонениями для же­леза в пределах ±1—2%, а основность в пределах ±0,1% [28] Допускаемое количество проб, не укладывающихся в указан­ное колебание, должно быть минимальным.

Усреднение руды на руднике позволяет значительно улуч­шить результаты последующего усреднения руд на складах при фабрике или в доменном цехе и упрощает операции усредне­ния.

Руды, поступающие с рудников, должны иметь повагонные паспорта с химическим анализом руд на основные компоненты Приемка руды на складе при заводе или фабрике может быть организована в зависимости от емкости рудного склада и его оборудования, принятой системы усреднения, наличия или от­сутствия рудосортировки при фабрике и т. д. Каждый сорт или разновидность руды имеет на складе свое постоянное место, откуда руда выбирается для загрузки штабеля чередующимися слоями с другими рудами. Чем больше емкость усреднитель - ного склада, тем легче обеспечивать доменные печи рудными материалами постоянного состава, что создает условия для более ровной и высокопроизводительной работы доменного цеха.

Загрузку штабелей рекомендуется производить при помощи специального укладчика, состоящего из двух ленточных транс­портеров, расположенных перпендикулярно к основному транс­портеру, подающему руду на склад усреднения. Через разгру­зочную тележку основного транспортера, передвигающегося вдоль штабеля, руда подается на транспортеры укладчика, ко­торый грузит ее в два штабеля, передвигаясь вдоль основного транспортера (рис. 23).

На складе усреднения создается четыре рудных штабеля: два под погрузкой и два под разгрузкой.

Загружать штабеля можно грейферами во время передвиже­ния крана вдоль штабеля при слегка раскрытом грейфере. Кра­новщик должен знать схему загрузки руды в штабель, т. е. ко­личество подач каждого сорта руды в штабель и последователь­ность их загрузки. Загрузка штабелей грейфером не обеспечи­вает той равномерности укладки материала, какая достигается при загрузке конвейерами.

Разгружают штабеля с торца, вразрез слоя руды и главное внимание должно направляться на то, чтобы руда каждого слоя попала бы в ковш крана или экскаватора, которыми раз­гружается штабель.

Для сыпучих руд применяются специальные разгрузочные машины, представляющие собою железную раму с зубьями, по конструкции напоминающую сельскохозяйственную борону. Ра­ма погружается зубьями в торец штабеля по всей его высоте и

возвратно-поступательными движениями по ширине штабеля осыпает руду к его основанию, откуда скребковым транспорте­ром она подается на ленточный конвейер, убирающий руду со склада.

Эффективность усреднения материалов с послойной уклад­кой в штабеля и разгрузкой посредством «бороны» весьма вы­сокая. Так, на комбинате им. Сталина в ГДР на склад усредне­ния поступало шесть сортов руды с содержанием железа от 16 до 55% и кремнезема от 1 до 35%. Со склада выдавалась смесь с колебаниями по железу от 50 до 52%, а по кремнезему — от 13 до 15%.*В последнее время колебания по этим составляю­щим сужены до ±1% (в 70% проб).

Для большинства промышленных районов Советского Сою­за следует создавать утепленные, закрытые склады.

Расчеты по определению состава рудной смеси в штабеле усреднения, т. е. содержания заданных элементов, рекомен­дуется проводить по формуле для средневзвешенной величины;

__ nix1 + пхг + рхa + ... ...

где *1, х2, Хз — содержание элементов или соединений в разно­видностях руд, находящихся в штабеле; т, п, р—содержание данной разновидности в штабеле, %, причем всегда имеет место условие

т - р п + р + ... = 100. (2)

Практически чаще требуется решать обратную задачу — со­ставить из заданных разновидностей руд смесь с требуемым со­держанием одного или нескольких химических элементов или соединений. В этих случаях неизвестными являются т, п, р, т. е. процентное содержание в смеси отдельных разновидностей руд. Число неизвестных, очевидно, равно чисту рудных разновид­ностей. Заданное условие по содержанию в смеси элемента или соединения дает возможность составить уравнение (1) и, кроме того, всегда имеет место условие, выраженное уравнением (2). Если число полученных уравнений равно числу разновидностей смеси, то все неизвестные могут быть определены, в противно»* случае задача неопределенна и даст бесчисленное количество решений. В этом случае надо задаться дополнительными усло­виями или же - отказаться от выполнения отдельных условий.

При п уравнениях с п неизвестными решение может быть найдено путем применения определителей или же путем посте­пенного исключения неизвестных. При трех разновидностях руд и двух требованиях к составу смеси расчет выполняется по следующим формулам:

__ тхі - Р пХ‘2 - р рх з

ту г - р пу% - р руз
100

/72 —|— —|— /7 — 100.

Решая эти уравнения, находим

т = ш0 . (*i - хз) (у2 - Уз) - <*2 - *з) {у2 - Уз) _

(*1 — Хз) (Уг — Уз) — (*2 — Хз) — Уз)

= 100 . (XI - х3) {у - Уз) - (X - Хз) 0/1 - Уз)

(Xl — Хз) (Уі------ Уз) — (*2 — х3) (j/i — Уз)

р = 100— (т + п).

Совместное решение уравнений (3), (4) и (5) не всегда дает положительные значения для т, п и р. Получение отрицатель­ного результата говорит о том, что из заданных компонентов получить смесь, удовлетворяющую одновременно двум требо­ваниям, нельзя и что должно быть изменено хотя бы одно из условий. В этих случаях заданные содержания химических эле­ментов в смеси должны быть снижены или повышены. Следует отметить, что аналитический метод расчета состава смесей тре бует значительной затраты времени.

В этом отношении заслуживают внимания графические ме­тоды расчета [29].

Качество усреднения определяется степенью однородности руды, которая обозначается отношением

где х0 — среднеквадратичное отклонение в содержании эле­мента в руде, поступающей на склад, %; х — среднеквадратичное отклонение в содержании этого же элемента в усредненной руде, %; k — степень однородности руды.

Работа агломерационных фабрик на смеси руд различного химико-минералогического состава имеет преимущество перед спеканием руды одного сорта благодаря снижению температуры спекания и более легкому образованию жидких фаз. Подбор смеси руд в соотношениях, обеспечивающих наиболее качест­венный агломерат при максимальной удельной производитель­ности агломерационной машины, является важным фактором по улучшению процесса спекания, что неоднократно отмечалось многими исследователями как в Советском Союзе, так и за ру­бежом. Особенно целесообразна подшихтовка другого, более легкоплавкого сорта руды, хотя бы в самом малом количестве, к рудам с высокой температурой плавления, спекающихся с низкой удельной производительностью.

Так, для спекания богатых руд Кривого Рога или концентра­тов обогащения железистых кварцитов образование жидких фаз происходит в результате образования эвтектических смесей магнитной окиси и закиси железа, для чего требуется темпера­тура в зоне спекания не ниже 1500—1600°. Введение же в ших­ту небольшого количества руды, отличающейся по химико-ми­нералогическому составу, снижает температуру спекания до 1200° вследствие образования легкоплавких эвтектик. Сниже­ние температуры спекания дает экономию горючего и повыша­ет производительность агломерационных машин.

Подготовка шихты по химическому составу имеет большое значение для получения офлюсованного агломерата.

Высокий тепловой коэффициент полезного действия агломе­рационного процесса позволяет вводить в спекаемую шихту часть, а иногда и весь известняк, необходимый для ошлакова - ния как пустой породы, содержащейся в руде, так и золы кокса. При этом частично нли полностью исключается необходимость в загрузке сырого известняка в доменную печь, что дает эконо­мию в расходе дорогостоящего металлургического кокса и по­вышает производительность доменных печей. Эвтектические сплавы двойные, тройные и т. д. получить тем легче, чем боль­шее количество разнородных по химико-минералогическому со­ставу компонентов шихты участвует в спекании.

Следует учесть, что одной лишь разницы в химическом со­ставе руды бывает недостаточно для увеличения возможностей образования легкоплавких эвтектик.

Для улучшения условий шлакообразования и тем самым ус­ловий спекания целесообразно добавлять в шихту известковые флюсы.

Применение извести в виде известкового молока не только улучшает условия шлакообразования, но и активизирует про­цесс окомкования шихты. Кроме того, известь, нанесенная тон­кой пленкой на рудные зерна, проявляет большую каталитиче­скую активность при горении коксика.

Кроме известняка и извести, при агломерации трудноспе - кающихся руд целесообразно вводить в шихту марганцевую ру­ду, окалину, содержащий марганец мартеновский шлак и дру­гие материалы вместо добавления их, как это делалось до сих пор, непосредственно в доменную печь.

Таким путем сокращаются потери этих ценных добавок. Большие возможности по улучшению плавкости шихты дает применение возврата — оборотного продукта спекания. Роль возврата при агломерации руд исключительно велика. Не гово­ря уже об улучшении гранулометрического состава шихты и ее газопроницаемости, в химическом отношении возврат является материалом более благоприятным для спекания по сравнению с исходными рудами. Большинство химических соединений в воз­врате представлено минералами вторичного происхождения с температурой плавления более низкой, чем составляющие руду первичные минералы, что обусловливает быстрое появление жидкой фазы и полноту прохождения химических реакций, спо­собствующих получению прочного агломерата. Увеличивая ко­личество возврата в шихте, можно обеспечить производство хо­рошего агломерата из руд, не поддающихся агломерации обыч­ным способом. На этом принципе основан двухступенчатый спо­соб спекания и спекание с большой циркулирующей добавкой возврата. Первый способ заключается в том, что трудноспека - ющиеся материалы или сульфидные концентраты цветных ме-

6 А. М. Парфенов

таллов подвергаются агломерации в два приема: предваритель­ное спекание для получения возврата и окончательное спекание возврата с выдачей товарного агломерата.

Второй способ спекания состоит в том, что в шихту вводится большая циркулирующая добавка возврата, в два, три раза превышающая количество исходного рудного сырья.

Использование возврата в качестве добавки, изменяющей химико-минералогический состав рудной части шихты, возмож­но лишь тогда, когда он в процессе спекания претерпел измене­ния, отличающие его от исходной шихты. В случаях же плохо налаженного, неотрегулированного процесса или случайных расстройствах его в возврат, часто поступает неспекшаяся шихта, т. е. не претерпевшая никаких изменений, кроме не­большой потери влаги. Такой возврат не представляет ценности с точки зрения утучшения свойства шихты. Возврат по сущест­ву тот же агломерат, но только меньшей крупности вследствие недостаточно высокой температуры на поверхностях соприкос­новения ручных зерен, которая не обеспечивает прочного сцеп­ления их.

Содержание исходных компонентов в возврате повышается по сравнению с рудой вследствие потери воды, летучих и неко­торой части кислорода окислов железа.

О качестве возврата можно судить по данным химического анализа на содержание в нем углерода и закиси железа: оно

должно быть близким к содержанию их в агломерате. Чем вы­ше содержание закиси железа и меньше углерода, тем лучше качество возврата.

Большое значение для успешного спекания руд имеет усред­нение топлива — коксика, добавляемого в шихту. Недопустимо положение, когда на протяжении суток и даже смены сильно изменяется влажность и зольность коксика, что имеет место на некоторых наших агломерационных фабриках. Относительно небольшое по сравнению с рудами количество потребляемого фабриками коксика позволяет простым способом организовать его усреднение по содержанию золы и влаги.