Коксохимическое производство

Коксохимическая промышленность — отрасль черной металлургии, занимающаяся переработкой каменного угля методом коксования.

Основная продукция коксохимической промышленности (в % к общему выпуску):

Каменноугольный кокс — 76-78 %

Коксовый газ — 14-15 %

Химические продукты (бензол, толуол, этилен, различные смолы, масла и пр.) — 5-6 %

Каменноугольный кокс используется в металлургии в качестве топлива в доменных и литейных производствах. Коксовый газ и другие продукты коксования служат сырьем для химических производств. На их основе выпускают различные полимеры, азотные удобрения, синтетические моющие средства, пестициды, лекарственные препараты и многое другое.

Кокс – основное топливо доменной плавки – представляет собой кусковой пористый материал из спекшейся углеродистой массы, получающийся при прокаливании каменного угля без доступа воздуха. Получают сухой перегонкой при температуре до 1100 по Цельсию без доступа воздуха, в коксовых печах представляющих собой камеры из динасового кирпича. Кокс обладает следующими свойствами: высокая прочность, высокая термостойкость, малое содержание золы, определенный размер кусков, малое содержание вредных примесей, малое и постоянное содержание влаги и высокая пористость. Кокс хорошего качества светло-серого цвета. Содержит 86-88% углерода, 8-13% золы, 0,7-1,5% летучих примесей, 0,5-5% влаги и др.

 

Подготовка железных руд к доменной плавке

Чем тщательнее подготавливают руду, тем выше производительность доменной печи, ниже расход кокса и выше качество чугуна. Оптимальная доменная шихта включает: офлюсованное железорудное сырье (крупность 5-8мм), кокс (25-60мм).

Руду, добытую в карьере или шахте, нельзя сразу подавать в печь, так как она неоднородна по химическому составу, содержит много пустой породы, вместе с очень крупными кусками имеется много пылевидной мелочи. На такой руде доменная печь будет работать непроизводительно, потребуется увеличенное количество топлива для выплавки 1 т чугуна. Поэтому перед доменным процессом железная руда подвергается предварительной подготовке, которая включает следующие операции: дробление, сортировку, обогащение, спекание, обжиг, усреднение.
Дробление сводится к измельчению специальными машинами— дробилками — крупных кусков руды до размеров 30 — 100 мм. При этом образуется некоторое количество мелочи, которая в случае попадания в доменную печь препятствует свободному движению газов. Поэтому мелочь отделяется от кусковатой руды путем сортировки и направляется на спекание.
Сортировка осуществляется на грохотах, представляющих собой сита с отверстиями заданного размера.
Обогащение руды состоит в отделении от нее пустой породы, что повышает процентное содержание железа.
Обогащают железные руды промывкой (мокрое обогащение), магнитной сепарацией и обжигом.
Мокрому обогащению подвергаются преимущественно руды, содержащие в пустой породе глину и песок. На промывочных машинах сильной струей воды отмывают глинистые и песчаные породы.
Магнитное обогащение применяется к рудам, обладающим магнитными свойствами, к таким, как магнитный железняк. Руду измельчают до размера зерен не более 0,2 мм и пропускают через магнитный сепаратор. Куски руды, попадая в поле действия электромагнита, прилипают к барабану сепаратора, отделяясь от пустой породы, не обладающей магнитными свойствами.
Обжиг руды при температуре 600—800° производится для удаления воды, углекислого газа и серы. После обжига руда делается пористой и свободной от вредных примесей—серы и мышьяка.
Спекание руды осуществляется на специальных агломерационных фабриках. Мелкая железная руда и рудная пыль, которая улавливается при выносе ее из доменной печи вместе с выходящими газами, смешиваются с измельченным топливом, увлажняются водой и в виде смеси подаются на специальные машины. Здесь под действием температуры сжигаемого топлива легкоплавкие частицы руды расплавляются и связывают другие частицы руды. Образующиеся пористые куски массы называются агломератом.
Усреднение железной руды заключается в смешивании руды различного химического состава. Для получения высоких технико-экономических показателей работы доменной печи важно, чтобы в печь подавалась руда одинакового химического состава.

 

Обогащение и окускование железорудного сырья.

Обогащение – процесс обработки, целью которого является повышение содержания полезного компонента путем отделения пустой породы. В результате обогащения получаются концентраты и хвосты обогащения, которые по содержанию компонента различны. Например, железная руда, в которой концентрат обогащения 52-59% содержания железа и хвосты обогащения 8-13% содержания железа. Обогащение руды является сложным процессом который включает в себя след. пункты: дробление, измельчение, флотация, обезвоживание и другие физико-химические процессы.

Дробление – процесс уменьшения размера кусков путем разрушения под действием внешних сил для придания кускам руды определенных размеров.

Грохочение – разделение материала на классы крупности при помощи решеток или механических сит.

Флотация – метод обогащения основанный на различных физико-химических свойствах поверхностей различных минералов.

Окускование полезных ископаемых — это процесс превращения мелких классов полезных ископаемых в куски с заданными свойствами для их более эффективного использования. Получаемые в результате глубокого обогащенияконцентраты

руд чёрных и цветных металлов, как правило, непригодны для непосредственного использования в плавке или других технологических процессах и требуют окускования. В зависимости от вида полезного ископаемого и его последующего передела окускование осуществляется агломерацией, окомкованием или брикетированием.

Агломерация — спекание мелких руд или концентратов в твёрдые пористые куски.

Окомкование — процесс получения гранул сферической формы — окатышей, подвергаемых для упрочненияобжигу

.

Брикетирование — процесс получения брикетов прессованием мелкого материала.

В результате окускования частиц получают:

при агломерации — агломерат крупностью 5—60 мм,

при окомковании — окатыши в основном крупностью 9—16 мм,

при брикетировании — брикеты разной геометрической формы и необходимых габаритов и массы. Из общего производства окускованного сырья агломерат занимает около 70 %, окатыши 28 % и брикеты 2 %.

Окусковывают материалы крупностью частиц менее 10 мм.

Окускование широко используется при подготовке железорудных концентратов (агломерация), угля (брикетирование). В связи с непрерывным снижением крупности металлургического и угольного сырья актуальность окускования возрастает.

 

Производство чугуна и устройство доменной печи.

Чугуном называют сплав железа с углеродом (2... 6,67 %), кроме них в состав сплава могут входить кремний, марганец, сера, фосфор и др. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Наиболее часто применяемые железные руды: красный (Fe2O3), магнитный (Fe3O4), бурый (Fe2O3-nH2O), шпатовый (РеСОз) железняки, содержащие 30...70 % железа и пустую породу из различных природных химических соединений (SiO2, А12Оз и др.) и вредные примеси (серы, фосфора). Топливом служит кокс — продукт сухой перегонки (без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы (плавни) — известняки, доломиты, кварц, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак. Основным способом производства чугуна из руд в настоящее время является доменный процесс, заключающийся в восстановлении железа из руд (оксидов) при высокой температуре и отделении его от пустой породы руды.

Чугун выплавляют в доменных печах (9.2) объемом до 5000 м3, куда руду, кокс и флюсы загружают чередующимися слоями, опускающимися вниз печи под влиянием собственной массы. В нижнюю часть печи — горн через отверстия — фурмы подают под давлением нагретый воздух, необходимый для поддержания горения топлива.

Кокс, сгорая в верхней части горна, образует СО2;ij[C+O2 = CO2), который поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный кокс, переходит в оксид углерода: CO2-f-: -f-C=2CO. Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа по схеме Fe2O3->-F3O4-»-FeO-> -HFe. Этот процесс может быть представлен следующими реакциями: 3F9Q3+;+ СО = 2F3O4 + СО2; 2Fe3O4+2CO=6FeO+2CO>; 6FeO+6CO = 6Fe+6CO2.

Доменная печь — домна является шахтной печью непрерывного действия. Она имеет форму двух усеченных конусов, сложенных широкими основаниями, между которыми находится цилиндрическая часть, называемая распаром.

Верхняя (узкая) часть печи называется колошником. Колошник имеет засыпной аппарат для загрузки шихты (руды, топлива, флюсов) и газоотводные трубы, по которым из доменной печи отводятся газы, называемые доменными или колошниковыми. Часть печи между колошником и распаром называется шахтой. Часть печи, обращенная усеченным конусом вверх и поддерживающая шихту в распаре вместе с шихтой и колошником, носит название заплечиков. В этой части печи происходит довольно резкое сокращение объема загружаемых материалов в результате выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки. Нижняя часть печи, имеющая форму цилиндра, в которой скапливаются продукты плавки — жидкий чугун и шлак, — называется горном. В горне имеются радиально расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия (10—16, в зависимости от размера домны). В эти отверстия вставлены из красной меди, бронзы или алюминия трубы с двойными стенками. Эти отверстия носят название фурмы. Через фурмы вдувается вентилятором или воздуходувными машинами нагретый в воздухонагревателях (кауперах) горячий воздух. Фурмы охлаждаются водой, циркулирующей в пространстве между стенками труб. Внизу горна расположены отверстия для выпуска чугуна — чугунная летка, и для выпуска шлака —шлаковая летка. Нижняя часть, или дно, горна называется лещадью. Лещадь опирается на железобетонный фундамент печи. Стенки доменной печи выложены огнеупорным шамотным кирпичом. Огнеупорная кладка печи заключена в стальной кожух, который изготовляют из склепанных или сваренных между собой листов. Для повышения стойкости огнеупорной кладки производится охлаждение ее с помощью металлических холодильников, в которых циркулирует вода.