С 17 марта 2020 г. для ресурсов (учебные, научные, материалы конференций, статьи из периодических изданий, авторефераты диссертаций, диссертации) ЭБ СПбПУ, обеспечивающих образовательный процесс, установлен особый режим использования. Обращаем внимание, что ВКР/НД не относятся к этой категории.

Details

Title: Сырьевая база металлургии: учебное пособие
Creators: Рябошук Сергей Владимирович; Ковалев Павел Валерьевич; Кур Александр Александрович
Organization: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Imprint: Санкт-Петербург, 2018
Collection: Учебная и учебно-методическая литература; Общая коллекция
Subjects: Металлургическое сырье; Черная металлургия
UDC: 669.1:658.272(075.8)
Document type: Tutorial
File type: PDF
Language: Russian
DOI: 10.18720/SPBPU/2/s18-141
Rights: Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование)

Allowed Actions: Read

Action 'Download' will be available if you login or access site from another network

Group: Anonymous

Network: Internet

Annotation

В данном учебном пособии представлены основные характеристики сырьевых материалов, применяемых в черной металлургии: железных рудах, флюсах, топливе и т. д. Рассмотрены способы их обработки, в частности, дробление, измельчение, непосредственно обогатительные процессы. Также приводится информация по основным видам топлива, особое внимание уделяется производству и оценке качества кокса. Приводится информация по способам переработки вторичных черных металлов.

Document access rights

Network User group Action
ILC SPbPU Local Network All Read Print Download
Internet Authorized users Read Print Download
-> Internet Anonymous Read

Table of Contents

  • С.В.Рябошук, П.В.Ковалев, А.А.Кур
  • Оглавление
  • Общая характеристика сырьевых материалов
  • Промышленная ценность месторождений
  • Железо и его роль в научно-техническом прогрессе
  • Железо - химический элемент VIII группы периодической системы Д.И. Менделеева с атомным номером 26 и атомной массой 55,847. Железо может существовать в виде двух кристаллических решёток: объёмно-центрированной кубической (ОЦК, Вody-Centred Сubic) и г...
  • Характеристика и классификация железных руд
  • Металлургическая оценка железных руд
  • Железорудная база России
  • Карело-Кольская железорудная провинция. Охватывает Мурманскую область, западную часть Архангельской области и Республику Карелия.
  • Курская железорудная провинция. Является крупнейшей не только в России, но и в мире. Располагается на территории Белгородской, Курской и Орловской областей.
  • Уральская железорудная провинция. Охватывает территории Свердловской, Челябинской, Оренбургской, Курганской областей и республику Башкортостан.
  • Алтае-Саянская железорудная провинция. Эта провинция охватывает Алтайский край, Республику Алтай, Кемеровскую область, Республику Хакасия, юг Красноярского края.
  • Ангарская железорудная провинция. Провинция расположена на юге Сибирской платформы и охватывает юго-восточную часть Красноярского края и северную часть Иркутской области.
  • Ангаро - Енисейская железорудная провинция. Провинция занимает западную часть Красноярского края от устья реки Ангары на юге до устья реки Нижняя Тунгуска на севере. Запасы этой провинции практически не разрабатываются из - за отдаленности их месторож...
  • Забайкальская железорудная провинция. Провинция охватывает территорию Республики Бурятия и Читинской области.
  • Алданская железорудная провинция. Расположена на Алданском щите и охватывает южную часть Республики Саха (Якутия) и самую северную часть Читинской области.
  • Дальневосточная железорудная провинция. Провинция охватывает восточную часть Амурской области, Хабаровский и Приморский края.
  • Характеристика марганцевых руд и основные их месторождения
  • Флюсы
  • Подготовка сырьевых материалов к использованию в металлургическом переделе
  • Дробление и измельчение
  • Грохочение и классификация
  • Усреднение
    • Чтобы уменьшить отрицательное влияние непостоянства химического состава материала на показатели производства, материалы подвергаются усреднению. Усреднением называется перемешивание материалов с целью выравнивания их химического и гранулометрического ...
    • Среднее значение содержания компонента в материале определяется среднеарифметическим содержанием компонента(а по данным разовых анализов проб:
    • где а1, а2, а3, …, аn - содержание компонента в разовых пробах; n – число проб.
    • Колебания содержания компонента оценивают по абсолютному или среднеквадратичному отклонению от среднего значения. Абсолютным отклонением ( называется максимальное отклонение в обе стороны от среднего значения компонента, выраженное в абсолютных пр...
    • (6)
  • Обогащение
  • Промывка
  • Гравитация
  • Магнитная сепарация
  • В зависимости от минералогического состава руд применяют сепараторы с разной напряженностью магнитного поля. Сильномагнитные руды обогащают на сепараторах, в которых создается меньшая напряженность магнитного поля (40-100 кА/м), а для слабомагнитных р...
  • Магнитное обогащение железных руд осуществляют методами мокрой и сухой магнитной сепарации, а также комбинированными методами (сухая сепарация с последующей мокрой).
  • Для обогащения магнитных железных руд крупностью более 3-6 мм применяют только сухую магнитную сепарацию. Обогащать руды и продукты меньшей крупности можно как сухой, так и мокрой сепарацией. Предпочтение следует отдавать мокрой магнитной сепарации, ...
  • Барабанные сепараторы с прямоточной ванной обычно используются для обогащения крупно и мелкозернистой руды ((6 мм), с противоточной для мелкозернистой руды ((2 мм) и с полупротивоточной – для тонкоизмельченного материала (( 0,2 мм, Рис.17).
  • Рис.17. Схемы барабанного сепаратора для мокрого обогащения руд:
  • а – с прямоточной ванной; б, в – с противоточной ванной;
  • г – с полупротивоточной ванной
  • При совпадении направления движения пульпы и барабана в сепараторе с прямоточной ванной частицы рудного минерала, находящиеся в нижней части слоя пульпы, не успевают притягиваться к барабану и теряются в хвостах. Этот недостаток устраняется в сепарато...
  • Недостатком сепаратора с противоточной ванной является ухудшение его работы при обогащении руд крупнее 2 мм, вследствие оседания крупных частиц на питающем лотке.
  • В сепараторе с полупротивоточной ванной этот недостаток устраняется тем, что концентрат под действием магнитного поля перемещается поверхностью барабана в направлении подачи пульпы, а хвосты под действием потока воды удаляются в направлении, противопо...
  • Сочетая барабанные сепараторы в агрегаты из двух-четырех барабанов, можно проводить многократную магнитную очистку продуктов. Барабанные сепараторы для мокрой магнитной сепарации изготавливают длиной 1000-2500 мм с диаметром барабана 600-900 мм. Произ...
  • Для слабомагнитных руд может применяться так называемый магнетизирующий, или восстановительный, обжиг с целью повышения их магнитной восприимчивости.
  • Обжиг руды производится в восстановительной атмосфере, формируемой сжиганием углерода топлива до оксида углерода или вводом в реакционное пространство восстановительный газ извне. Восстановление протекает при температуре 550-800ºС по реакциям:
  • 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2, (11)
  • 3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O, (12)
  • т.е. немагнитный оксид железа Fe2O3 превращается в магнитный оксид Fe3O4. Образующийся в результате перевосстановления оксид железа FeO окисляется до магнетита:
  • 3FeO + СО2 ( Fe3O4 + СО. (13)
  • Иногда восстановленную до магнетита руду подвергают охлаждению в окислительной атмосфере при температуре ниже 350оС. При этом Fe3O4 переходит в сильномагнитный оксид железа (-Fe2O3 (маггемит) с выделением большого количества тепла, используемого для...
  • Для осуществления магнетизирующего обжига руд наибольшее распространение получили трубчатые вращающиеся печи (Рис.18). Они представляют собой вращающиеся с частотой 0,7 – 1,4 об/мин трубы длиной 50-60 м и диаметром 3,5 – 4,0 м, футерованные шамотным к...
  • Исходная руда, пересыпаясь вследствие вращения трубы, установленной с наклоном 3о, перемещается от одного торца к другому навстречу потоку восстановительных газов. Нагрев осуществляется периферийными горелками, расположенными по спирали и отапливаемые...
  • В целом способы магнетизирующего обжига довольно сложны и их применение целесообразно лишь тогда, когда невозможно применить магнитные сепараторы, работающие с высокой напряженностью магнитного поля.
  • Рис.18. Трубчатая вращающаяся печь для магнетизирующего обжига руд
  • 1 – загрузочная головка; 2 - бандаж; 3 - венцовая шестерня; 4 – периферийные горелки; 5 – разгрузочная горелка; 6 –разгрузочная горловина; 7 – разгрузочный порог; 8 –опорный ролик; 9 – ударный ролик; 10 – загрузочный порог
  • Флотация
  • Под флотацией понимают метод обогащения, основанный на различии физико-химических свойств поверхностей различных минералов. Для обогащения руд применяют только пенную флотацию. Она базируется на том, что одни минералы (в тонкоизмельченном состоянии в...
  • Естественные свойства гидрофобности или гидрофильности могут быть изменены, если применять специальную группу флотационных реагентов – коллекторов (или собирателей). По сути, эти реагенты являются адсорбентами, которые выделяясь на поверхности минерал...
  • Для усиления действия коллекторов применяют большую группу реагентов – регуляторов, одни из которых (активаторы) активизируют флотацию минералов, а другие (депрессоры) подавляют ее. Для депрессии минералов железной руды подают крахмал. Минералы пустой...
  • Третья группа флотационных реагентов – вспениватели. Эти реагенты необходимы для создания обильной пены. К ним относят сосновое масло, трепениол, крезол, спирты и целый ряд синтетических продуктов.
  • Обычно пенный продукт флотации состоит из зерен полезных минералов (концентрата), но так как различные флотационные реагенты могу действовать на минералы избирательно, то в некоторых случаях флотацию ведут так, чтобы всплывали неполезные минералы - м...
  • Рис.19. Механическая флотационная машина
  • 1 – импеллер (вращающийся диск); 2 – надымпеллерный (неподвижный) диск; 3 – питающий патрубок; 4 – карман; 5 – центральная труба
  • Флотационные машины, в которых осуществляется флотационный процесс, по своему действию делят на механические, пневматические и комбинированные. Наибольшее распространение получили механические флотационные машины.
  • Представленная на рис.19 флотационная машина состоит из импеллера и надымпеллерного диска и подобна насосу, в котором роль турбины выполняет импеллер. Пульпа, находящаяся в полости импеллера, при вращении, последнего отбрасывается лопатками к перифери...
  • Через центральную трубу засасывается воздух. При малых потоках пульпа не заполняет всего сечения питающего патрубка и воздух частично засасывается через патрубок в карман. Периферическая скорость вращения импеллера равна 8-10 м/сек. Благодаря тому, чт...
  • Надымпеллерный диск предохраняет открытый импеллер от забивания материалом, оседающим при остановке машины. Поэтому машину можно пускать в работу и после временной остановки ее, не выпуская пульпу из камер.
  • Четыре радиальных ребра в камере машины устраняют завихрение пульпы. Съем пены – односторонний и осуществляется пеногоном с жестко закрепленными лопатками.
  • Промежуточные продукты, возвращаемые в процесс, могут подаваться в любую камеру через специально устанавливаемую для этой цели трубу.
  • Производство окатышей
  • Окускование осуществляется методами агломерации и окомкования.
  • Расширение использования бедных руд и особенно стремление к более глубокому обогащению их привели к получению тонкоизмельченных железорудных концентратов (( 0,07 мм), для которых появилась необходимость их окомкования. Впервые процесс окатывания был ...
  • Процесс производства окатышей состоит из двух стадий: 1. получение сырых окатышей; 2. упрочнение окатышей (подсушка при температуре 300-600оС и обжиг при температуре 1200-1350оС).
  • Схема производства окатышей представлена на рис.20. Исходную шихту, включающую в себя возврат (некондиционные окатыши), концентрат и в случае производства офлюсованных окатышей известняк, загружают в бункеры 1. Из бункеров она при помощи дозаторов выд...
  • Сырые окатыши подаются на обжиговую машину 6, чаще всего представляющую собой ленточный конвейер. На конвейере сырые окатыши последовательно проходят три зоны: сушки, обжига и охлаждения. В зоне сушки окатыши подогреваются до 200-380оС газами, поступа...
  • Рис.20. Схема производства окатышей
  • I – сушка; II – обжиг; III – охлаждение; 1 – шихтовые бункеры; 2 – сборный транспортер; 3 – смесительный барабан; 4 – бункер для бентонита; 5 – тарельчатый гранулятор; 6 – обжиговая машина; 7 – вентиляторы; 8 – грохот
  • Циркуляция газов и удаление их через дымовую трубу осуществляется вентиляторами 7. В зоне обжига окатыши нагреваются до 1200-1350оС продуктами сгорания газообразного или жидкого топлива, просасываемыми через слой окатышей на колосниковой решетке машин...
  • Упрочнение окатышей при обжиге происходит вследствие протекания сложных физико-химических превращений по мере увеличения температуры обжига. Важнейшими превращениями при обжиге окатышей из магнетитового концентрата являются.
  • 1. Окисление магнетита до гематита по реакции:
  • 4Fe3O4 + O2 ( 6Fe2O3 (14)
    • Этот процесс начинается при температуре 200-300оС, но наиболее интенсивно протекает при 1000-1200оС. В ходе окисления между зернами магнетита образуются гематитовые мостики, которые связывают все зерна в прочный монолит, придавая окатышу высокую прочн...
  • 6Fe2O3 ( 4Fe3O4 + O2, (15)
  • начинающаяся при температуре выше 1370оС, приводит к понижению прочности окатышей.
  • 4. Образование жидкой фазы начинается при температуре 1210-1370оС в зависимости от химического состава окатышей. При производстве неофлюсованных окатышей жидкая фаза резко уменьшает их прочность. Поэтому упрочнение неофлюсованных окатышей должно осуще...
  • При обжиге офлюсованных окатышей избежать образования жидкой фазы не удается. Если же обжиг вести при более низкой температуре, то, во-первых, упрочняющий процесс рекристаллизации будет протекать недостаточно и, во-вторых, значительная часть извести в...
  • CaO + H2O ( Ca(OH)2. (16)
  • Поэтому считается, что в офлюсованных окатышах роль упрочняющей связки должна выполнять жидкая фаза, основой которой являются ферриты кальция с температурой плавления 1210-1230оС.
  • Качество окатышей определяется их прочностью, гранулометрическим и химическим составом. Прочность окатышей характеризуется также усилием на раздавливание. Готовые окатыши должны выдерживать усилие не менее 1,2-1,5 кH на окатыш, в виду значительных н...
  • Производство агломерата
  • Топливо
  • Многие металлургические процессы осуществляются при высоких температурах и связаны с затратами тепловой энергии. Необходимые температуры достигаются сжиганием топлива или за счет использования электроэнергии.
  • Основные разновидности топлива имеют органическое происхождение. В состав топлива входят углерод, водород, сера, кислород и азот (С, H, S, O, N), присутствующие в виде различных соединений и составляющие горючую массу. Кроме того, в топливе могут соде...
  • По агрегатному состоянию различают твердое, жидкое и газообразное топливо, а по способу получения – естественное и искусственное. Искусственное топливо получают в результате направленной переработки естественного топлива.
  • В металлургии стремятся использовать только высококачественное топливо с высокой теплотой сгорания и низким содержанием золы. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют природный газ, мазут, кокс и высококалорийный каменный уголь.
  • Природный газ – смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при разложении органических веществ (анаэробное разложение – с участием микроорганизмов). Является самым удобным видом топлива. Его легко транспортировать и подводить к местам потребления при ...
  • Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений...
  • Мазут – жидкий продукт темно-коричневого цвета, остаток после выделения из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350–360 С. Представляет собой смесь тяжелых углеводородов (с молекулярн...
  • Обычно мазут содержит 83 – 85% углерода и 10 – 11% водорода, остальное – влага, зола и сера. Содержание серы в металлургических мазутах колеблется в пределах 0,5 – 0,7 %. Плотность 0,89 – 1 г/см³ (при 20 C), содержание золы до 0,3 %, низшая теплота ...
  • Кокс - пористое вещество, остающееся после удаления из каменного угля летучих веществ при нагревании его до 950-1200оС без доступа воздуха.
  • Для получения кокса используют только те угли, которые при нагревании способны размягчаться, вспучиваться под действием выделяющихся газов и затвердевать с образованием прочных кусков. Наилучшими для этой цели являются так называемые коксующиеся угл...
  • Загружаемый в доменную печь кокс не должен содержать ни мелких кусков, ухудшающих газопроницаемость шихты, ни чрезмерно крупных кусков, которые, как правило, поражены трещинами и легко разрушаются в печи с образованием мелких фракций.
  • Кокс должен быть пористым для обеспечения хорошей горючести в горне печи и обладать высокой теплотой сгорания для получения требуемого количества тепла и необходимой температуры.
  • В настоящее время расход кокса на выплавку 1 т чугуна в зависимости от условий производства колеблется в пределах 340-500 кг и составляет 40-45% себестоимости чугуна. Поэтому применение мер, обеспечивающих снижение расхода кокса, позволяет улучшить те...
  • Для коксования применяют угли следующих марок: коксовые (К), жирные (Ж), отощенные спекающиеся (ОС) и газовые (Г), механические свойства углей при этом снижаются согласно данному ряду. В России имеется достаточное количество угольных месторождений, из...
  • В спекающихся углях Донецкого бассейна содержится значительное количество серы 2,5-3,8%.
  • Кузнецкий бассейн по разведанным запасам является одним из крупнейших в мире. Содержание серы в углях Кузнецкого бассейна не превышает 0,7% и кокс из них получают малосернистый.
  • Угли Карагандинского месторождения характеризуются низким содержанием серы (до 1%) и повышенным содержание золы от 9 до 26%.
  • Угли Кизеловского бассейна высокосернистые, содержание серы от 4 до 8%. При обогащении и коксовании углей этого месторождения удаляется более половины исходной серы.
  • Угли Печорского бассейна содержат серы не более 1%. На основе углей этого месторождения получают кокс высокого качества.
  • Подготовка углей к коксованию осуществляется в углеподготовительных отделениях коксохимических цехов или заводов. Поступающий уголь различных марок подвергают предварительной шихтовке в приемных траншеях. Уголь складируется в штабелях или бункерах. Пр...
  • В результате обогащения получают концентрат, промежуточный продукт, вторично подвергаемый обогащению или используемый в энергетических установках, и хвосты, поступающие в отвал.
  • Основными требованиями, предъявляемыми к качеству угольной шихты, является постоянство состава, оптимальная крупность (около 3мм), влажность и ограниченное содержание золы и серы.
  • Процесс образования кокса протекает в камерах коксовых печей, изолированных от внешней атмосферы и соединенных лишь с аппаратами для улавливания выделяющихся при коксовании веществ. Подготовленную угольную шихту загружают в камеру шириной 350-450 мм. ...
  • Современная коксовая печь включает камеру коксования, в которую через загрузочные люки, закрываемые крышками, загружается уголь, и отопительные простенки, в которых сжигается газ. Длина камер наибольшей коксовой батареи составляет 17000 мм, высота - 7...
  • Коксовые батареи выкладываются из динаса и группируются в батареи, состоящие из 61-80 камер, с общими для всех печей системами подвода отопительного газа, подачи угольной шихты, отвода коксового газа, приема и тушения раскаленного кокса. Для отопления...
  • Процесс образования кокса можно условно разделить на несколько стадий. На начальной стадии (при нагреве угольной шихты до 250оС) уголь подсушивается и начинает выделять летучие продукты разложения. В интервале 250-350оС выделяется легкая смола. При бо...
  • Качество кокса
  • Металлический лом
  • Источники образования вторичных черных металлов
  • Переработка вторичных черных металлов
  • Требования, предъявляемые к металлическому лому в электросталеплавильном и конвертерном цехах

Usage statistics

stat Access count: 819
Last 30 days: 4
Detailed usage statistics