Металлургическое производство. Материалы для производства металлов и сплавов.

Современное металлургическое производство представляет собой комплекс различных производств, базирующийся на месторождениях руд и коксующихся углей, энергетических комплексах.

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы.

Промышленная руда – горная порода, из которой целесообразно извлекать металлы и их соединения (содержание металла в руде должно быть не менее 30…60 % для железа, 3...5% для меди, 0,005…0,02 % для молибдена).

Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы, в состав которой входят различные примеси. Называют руду по одному или нескольким металлам, входящим в их состав, например: железные, медно-никелевые.

В зависимости от содержания добываемого элемента различают руды богатые и бедные. Бедные руды обогащают – удаляют часть пустой породы.

Флюсы – материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентрата и золой топлива. Такое соединение называется шлаком.

Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды (SiO₂,P₂O₅), и основным, если в его составе больше основных оксидов (CaO,MgO,FeO).

Флюсы вводят в виде агломерата и окатышей.

В качестве топлива в металлургических печах используется кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.

Основным видом металлургического топлива является кокс. Кокс получают сухой перегонкой при температуре 1000 ⁰С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов в камерных печах. В коксе содержится 80…88 % углерода, 8…12 % золы, 2…5 % влаги. Куски кокса должны иметь размеры 25…60 мм. Это прочное неспекающееся топливо служит не только горючим для нагрева, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды.

Подготовка доменных руд к плавке.

Подготовка руд к доменной плавке определяет поступление в печь сырья определенной крупности, равномерность химического состава, хорошую восстановимость и высокое содержание железа. Онаосуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна.

Метод подготовки зависит от качества руды.

Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной величины, осуществляются с помощью дробилок и классификаторов. Обычный размер кусков руды составляет 300…400 мм, в некоторых случаях до 1000 мм. Процесс дробления делится на четыре стадии: крупное, среднее, мелкое и тонкое измельчение.

Для дробления используют щековые, конусные и валковые дробилки. Для тонкого измельчения применяют мельницы, в которых удар сочетается с истиранием.

Обогащение руды

Обогащение руды – разделение рудного сырья на концентрат с более высоким содержанием извлекаемого металла и пустую породу с небольшим содержанием полезных составляющих.

В соответствии с этим различают следующие способы обогащения руд: промывка, гравитация, магнитная сепарация и флотация.

Промывка – отделение плотных составляющих от пустой породы.

Промывку применяют для руд с плотными разновидностями рудных минералов, не размываемых водой, и с рыхлой пустой породой. Осуществляют во вращающихся барабанах с решетчатой или гладкой поверхностью, называемых бутарами, или в корытных мойках с вращающимися в противоположных направлениях валами, на которые насажены лопасти.

Гравитация (отсадка) – отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита.

При гравитационном обогащении минералы разделяются по плотности. Гравитация может быть воздушной или мокрой.

Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. При магнитной сепарации измельчённую руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы и отделяющего их от пустой породы.

Для осуществления процесса применяют барабанные, ленточные, роликовые и кольцевые сепараторы.

Флотация (пенная флотация) основанна на том, что отдельные мелкие частицы всплывают на поверхность воды вместе с пеной. Всплывать могут гидрофобные (не смачиваемые водой) тела. К мелким частичкам таких тел прилипают пузырьки воздуха, частицы всплывают и флотируют на поверхности. К частицам гидрофильных (смачиваемых водой) тел пузырьки воздуха не прилипают, и они остаются в пульпе. Используются механические и пневматические флотационные машины.

Флотация широко применяется для обогащения руд цветных металлов, а также для доизвлечения железа из пустой породы после магнитного обогащения, а также для повторного обогащения концентратов железных руд в целях получения суперконцентрата, содержащего 70…72 % железа.