Характеристика шихтовых материалов
Марганцевая руда и концентраты
Как и большинство металлов, марганец распределен по земному шару неравномерно. Некоторое количество марганцевых месторождений расположено на суше, но значительно больше марганца содержится в конкрециях Тихого океана. Мировые континентальные разведанные запасы марганцевых руд оцениваются на сегодняшний день в 17,6-18,0 млрд. тонн при их распределении по регионам планеты следующим образом, %: Африка (ЮАР, Габон, Гана) - 80,6, в т. ч. ЮАР - 77,3; Австралия - 2,4; Америка (Бразилия, Мексика) - 2,9; Украина - 12,6; прочие регионы - 1,5 [7].
Отличительной особенностью марганцевых руд отечественных месторождений является относительно невысокое содержание марганца и повышенная концентрация фосфора и кремнезема (табл.1.1), что не позволяет, в отличие от некоторых зарубежных месторождений, использовать сырье без предварительной подготовки, называемой обогащением [8]. Основная задача процесса обогащения заключается в максимальном отделении от основных рудных минералов так называемых хвостов или пустой породы. Все методы обогащения основаны на различных механических, физических, физико-механических и т.д. свойствах минералов руды, а выбор их для каждого конкретного случая определяется эффективностью и экономической целесообразностью.
Марганцевые руды на отечественных обогатительных фабриках перерабатываются по единой схеме (рис.1.1), позволяющей получать готовый продукт в виде концентратов различного качества (табл.1.2).
|
|
|
Таблица 1.1 Усредненные химические составы марганцевых руд основных месторождений Украины и импортные руды
| Руда, ГОК, карьер | Массовое содержание, % | |||||||||||
| Mn | Fe | MnO2 | MnO | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | P | S | R2O | п.п.п. | |
| ОГОК, Александровский карьер | 16,9 | 2,54 | 2,88 | 19,5 | 35,4 | 4,96 | 6,86 | 2,30 | 0,147 | 0,052 | 1,61 | 19,8 |
| ОГОК, Шевченковский карьер | 25,0 | 2,74 | 33,0 | 5,29 | 36,4 | 4,86 | 2,70 | 1,92 | 0,170 | 0,044 | 2,39 | 11,3 |
| ОГОК, Северный карьер | 25,8 | 2,56 | 33,8 | 5,61 | 32,8 | 4,37 | 4,6 | 1,81 | 0,160 | 0,056 | 2,22 | 13,2 |
| ОГОК, Запорожский карьер | 24,7 | 2,95 | 33,1 | 4,90 | 35,3 | 4,78 | 2,74 | 2,26 | 0,166 | 0,055 | 2,49 | 12,0 |
| МГОК, Басановский карьер | 26,8 | 2,55 | 34,4 | 6,54 | 35,5 | 3,09 | 1,24 | 1,54 | 0,144 | 0,022 | 2,19 | 9,4 |
| МГОК, Грушевский карьер | 20,3 | 2,72 | 8,27 | 19,6 | 38,6 | 4,10 | 6,26 | 2,14 | 0,153 | 0,059 | 1,75 | 19,6 |
| Габон | 52,0 | 3,0 | н.св | н.св | 4,0 | 6,0 | 0,3 | 0,2 | 0,13 | н.св | н.св | н.св |
| Австралия | 48,0 | 5,0 | н.св | н.св | 13,3 | 1,0 | 0,7 | 0,5 | 0,05 | 0,02 | н.св | 7,2 |
Таблица 1.2 Полный химический состав марганцевых концентратов из руд основных месторождений Украины
| Наименование и сорт концентрата |
| ||||||||||||||
| Мn | МnО2 | МnО | SiO2 | СаО | MgO | Al2O3 | Fe2O3 | Р | Na2O | К2О | BaO | П.П.П. | |||
| Никопольские: |
| ||||||||||||||
| Оксидный I сорта | 44,0 | 48,3 | 17,4 | 13,7 | 3,2 | 1,3 | 1,5 | 1,9 | 0,19 | 0,4 | 1,0 | 0,4 | 14,2 | ||
| Оксидный 1Б сорта | 42,0 | 46,0 | 16,7 | 15,4 | 3,3 | 1,4 | 1,7 | 2,2 | 0,19 | 0,4 | 1,2 | 0,1 | 14,5 | ||
| Оксидный IIсорта | 36,8 | 38,5 | 16,2 | 20,7 | 3,9 | 1,8 | 1,7 | 2,6 | 0,19 | 0,4 | 1,5 | 0,3 | 15,2 | ||
| Карбонатный Iсорта | 31,0 | 19,3 | 24,3 | 19,2 | 7,3 | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 0,18 | 0,9 | 0,9 | 0,4 | 22,5 | ||
Рис.1.1 Принципиальная технологическая схема обогащения марганцевых руд: а - окисных; б – карбонатных
Способы обогащения
Существует несколько способов обогащения. Наиболее распространенными являются промывка, магнитная сепарация и флотация.
Промывка является наиболее простым и дешевым способом обогащения. Промывке подвергают главным образом такие руды, которые содержат твердый неразмываемый полезный минерал, а пустая порода состоит из песка или глины. Способ основан на принципе, когда водой уносится часть пустой породы, которая легче по весу, чем железорудный (марганцевый) минерал.
Магнитная сепарация заключается в том, что руду, обладающую магнитными свойствами, пропускают через магнитное поле, в результате чего магнитные окислы железа отделяются от немагнитной пустой породы. Для эффективного обогащения магнитным способом требуется тонкое измельчение руд.
|
|
|
Флотация является сравнительно новым методом обогащения. Методом флотации обычно обогащают кварциты, которые содержат железо в виде Fe2O3. Этот способ основан на принципе различной смачиваемости окислов железа и пустой породы.
Способы окускования
Известны три метода окускования металлургического сырья: брикетирование, агломерация и окатывание.
Первый из них не получил распространения из-за низкой производительности и недостаточной прочности брикетов.
Агломерация и окатывание широко применяются в нашей стране и за рубежом.
Агломерацией называется процесс окускования мелкозернистых руд и концентратов путем спекания их при сжигании топлива в слое рудного материала при помощи просасываемого воздуха.
Агломерацию применяют также для удаления серы из руды. В этом случае даже кусковую руду подвергают вначале мелкому дроблению, а затем агломерации.
Окускование при агломерации происходит и результате спекания мелких рудных частиц и извести под действием тепла, которое образуется при горении топлива. При спекании сернистых руд значительная часть тепла получается от горения серы.
Горение топлива и серы происходит благодаря воздуху, просасываемому через слой шихтовых материалов сверху вниз.
|
|
|
Готовый агломерат дробится посредством одновалковой дробилки и поступает на стационарные или вибрационные грохоты, на которых отсеивается мелочь, непригодная для доменной плавки, так называемый возврат.
По химическому, гранулометрическому составам и физическим свойствам продукция должна соответствовать нормам, указанным в таблице 1.3 [9,10].
Таблица 1.3 Технические требования к марганцевым концентратам
| Вид и тип продукции | Под- вид (сорт) | Гранулометрический состав | Химический состав, физические свойства | ||||
| наименование типа продукции | класс крупности, мм | контрольный класс крупности, мм | массовая доля контрольного класса крупности,%, не более | массовая доля марганца, %, не менее | массовая доля влаги, %, не более | ||
| Концентрат марганцевый оксидный (О) | I | неклассифи-цированный | 0-60 | +60 | 15 | 42,0 | 16,0 |
| IБ | неклассифицированный | 0-60 | +60 | 15 | 41,0 | 16,0 | |
| II | неклассифицированный | 0-60 | +60 | 15 | 34,0 | 22,0 | |
| III | неклассифицированный | 0-60 | +60 | 15 | 25,0 | 23,0 | |
| Концентрат марганцевый оксидно-карбонатный (ОК) | I | поклассифи-цированный | 0-100 | + 100 | 25 | 26,0 | 18,0 |
| 0-50 | + 50 | 15 | |||||
| II | неклассифи-цированный | 0-100 | + 100 | 25 | 23,0 | 20,0 | |
| 0-50 | + 50 | 15 | |||||
| I | крупно-кусковый | 10-150 | -10 | 15 | 26,0 | 12,0 | |
| I | мелко-кусковый | 0-10 | + 10 | 15 | 26,0 | 18,0 | |
| Концентрат марганцевый высоко-интенсивной магнитной сепарации (ВМС) | - | крупнозернистый | 0 - 1 | + 1 | - | 26,0 | 23,0 |
Восстановители
Правильный выбор восстановителя и соответствующая его подготовка в значительной степени определяют технико-экономические показатели производства. По химическим свойствам в качестве восстановителей оксидов руды при выплавке ферросплавов можно применять многие элементы. Однако экономически выгодно применять углерод, кремний и алюминий. Наиболее широко используют углерод, а если необходимо предотвратить науглероживание выплавляемого сплава, то применяют более дорогие кремний и алюминий.
В качестве углеродсодержащего восстановителя могут быть использованы различные материалы: древесный, бурый и каменный уголь, нефтяной, пековый или каменноугольный кокс, различные полукоксы, древесные отходы и др.
Углеродистые восстановители, применяемые при выплавке ферросплавов, должны обладать хорошей, реакционной способностью, высоким удельным электрическим сопротивлением, соответствующим для каждого сплава химическим составом золы, достаточной прочностью, оптимальным размером куска, хорошей газопроницаемостью и термоустойчивостью, невысокой стоимостью [11].
Почти все углеродистые материалы при нагревании до высоких температур (1800—2300 К) выравнивают свою химическую активность, приближаясь к так называемому графитовому пределу, однако в процессе плавки различные углеродистые материалы проявляют свои специфические свойства и присущую им реакционную способность, так как скорости графитизации для различных материалов различны и проходят в печи эти процессы до разной степени полноты.
На реакционную способность кокса определенное влияние оказывают минеральные включения, содержащиеся в золе угля, а также искусственно внесенные. Так, отмечено повышение реакционной способности при внесении в угольную шихту для изготовления кокса или в готовый кокс солей щелочных металлов, железной руды и др.
В реальных условиях ферросплавного процесса (высокие температуры, низкий столб шихты в ферросплавной печи, неизбежный процесс образования карбидов металлов и газообразных низших оксидов металлов и т.д.) наиболее правильной характеристикой является восстановительная способность углеродистого материала с учетом его электрического сопротивления и других параметров.
С этой точки зрения наиболее оптимальным углеродистым восстановителем является древесный уголь (табл.1.4). В последние годы, в связи с постоянно растущим дефицитом, все большее распространение получают такие углеродистые восстановители как газовый уголь, нефтяной кокс и полукокс [12,13].
Таблица 1.4 Характеристика углеродистых восстановителей
| Показатель | Металлургический кокс | Кокcик | Полукокс | Нефтяной кокс | Древесный уголь |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Содержание по техническому анализу, %: | |||||
| Зола Аd | 10,65 | 10,80 | 27,00 | 0,71 | 1,45 |
| Летучие Vdaf | 1,44 | 1,20 | 5,60 | 8,08 | 14,54 |
| Влага Wp | 0,44 | 1,30 | 1,90 | 0,80 | 2,10 |
| Сера SdI | 0,89 | 1,34 | 0,91 | 0,58 | 0,04 |
| Твердый углерод CT | 87,02 | 86,66 | 71,49 | 86,98 | 83,97 |
| Реакционная способность при 1323 К, мл/(г∙с) | 0,69 | 0,92 | 8,00 | 0,42 | 11,1 |
 уд ,Ом∙м (фракция 3-6 мм)
| 1,21 | 1,48 | 7500 | 3∙I06 | 2∙106 |
| Структурная прочность,% | 83,0 | 85,0 | 63,7 | 64,3 | 39,0 |
| Плотность, г/см3: |
| ||||
| истинная | 1,82 | 1,95 | 1,58 | 1,41 | 1,40 |
| кажущаяся | 0,91 | 0,93 | 0,93 | 1,12 | 0,40 |
| Пористость, % (см3/г) | 53,1 (0,49) | 49,7 (0,51) | 55,0 (0,67) | 20,1 (0,18) | 63,8 (1,1) |
| Состав золы, %: |
| ||||
| SiO2 | 35,4 | 36,5 | 75,7 | 46,3 | 1,90 |
| Al2O3 | 23,3 | 22,2 | 11,2 | 24,3 | 3,40 |
| CaO+MgO | 3,8 | 3,9 | 3,0 | 10,5 | 41,1 |
| Fe2O3, | 33,8 | 33,7 | 7,6 | 14,2 | 0,85 |
| Р2О5 | 0,24 | 0,24 | 0,03 | 0,75 | 5,12 |
| К2О + Na2O | 2,13 | 2,64 | 1,18 | 0,13 | 0,29 |
Древесный уголь, обладает высокими удельными электрическим сопротивлением и реакционной способностью, чистотой. Древесный уголь уменьшает спекание шихты, что особенно важно при выплавке высокопроцентных сплавов кремния. Древесный уголь—пористый высокоуглеродистый продукт, получаемый из древесины в результате ее нагрева без доступа или с очень ограниченным доступом воздуха в ретортах или углевыжигательных печах различных систем. Состав древесного угля зависит от конечной температуры переугливания и от вида использованной древесины. Древесный уголь имеет достаточную прочность и малую истираемость, лучшим является уголь из твердых пород дерева. Высокая пористость древесного угля обеспечивает его высокую реакционную способность.
В качестве восстановителя также используются торфяные брикеты и торфяной кокс, характеризующиеся высокой реакционной способностью- пористостью, чистотой и низкой электрической проводимостью.
Наиболее широко используют при выплавке ферросплавов наиболее дешевый сорт восстановителя — "орешек" металлургического кокса ("коксик"), получающийся как отсев при сортировке доменного кокса. В зависимости от качества использованного для производства угля и условий получения кокса на коксохимическом заводе свойства коксика различны, но общим его недостатком являются невысокие электрическое сопротивление и реакционная способность, относительно большое содержание золы, серы и фосфора и высокое, нестабильное содержание влаги. Коксик имеет губчатую структуру с большим количеством трещин, пористость его колеблется в пределах 35—55 %. Кажущаяся плотность кокса составляет 800—1000 кг/м3. Теплоемкость кокса возрастает с повышением конечной температуры коксования и уменьшается с увеличением зольности кокса, колеблясь в интервале 1,38—1,53 кДж/(кг∙К) [14].
В зависимости от сырьевой базы, кокс условно разделен на марки: К1 - кокс из углей Донбасса или в смеси с углями других бассейнов, отсеянных от доменного кокса; К2 - кокс из углей Донбасса или в смеси с углями других бассейнов, отсеянный от литейного кокса; К3 - кокс из смеси углей Кавказа и Донбасса, отсеянный от доменного кокса.
Качественные показатели орешка коксового, используемого для производства сплавов, должны отвечать требованиям ТУУ 322-00190443-120-97 для марок K01, K02, К03 (табл.1.5).
Таблица 1.5 Качественные показатели орешка коксового, % (ТУУ 322-00190443-120-97)
| Наименование показателей | Норма для класса и марки | |||
| 10-25 мм | 8-25 мм | |||
| К01 | К02 | К03 | К04 | |
| Зольность А, не более | 11,0 | 13,0 | 15,0 | 16,0 |
| Массовая доля общей влаги, не более | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 22,0 |
| Массовая доля кусков размером, не более | ||||
| более 25 мм | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| менее 10 мм | 9,0 | 12,0 | 15,0 | - |
| менее 8 мм | - | - | - | 13,0 |
Качественные показатели кокса доменного фракции 25-40 мм должны соответствовать требованиям ТУУ 322-00190443-085-96 "Кокс каменноугольный класса крупности 25 мм и более" (табл.1.6).
Таблица 1.6 Качественные показатели каменноугольного доменного кокса класса крупности 25 мм и более, % (ТУУ 322-00190443-085-96)
| Наименование показателя | Норма для марки | |
| КК1 | КК2 | |
| Зольность А, не более | 13,0 | 15,0 |
| Массовая доля общей серы, не более | 2,0 | 2,2 |
| Массовая доля общей влаги | 8,0 | 8,0 |
| Показатель прочности | ||
| М25, не более | 80,0 | 76,0 |
| М10, не более | 9,0 | 10,0 |
| Массовая доля кусков размером менее 25 мм, не более | 7,0 | 9,0 |
В ферросплавном производстве могут быть также использованы отсевы металлургического кокса фракции более 10 мм (табл.1.7) и коксовая мелочь (табл.1.8) [15,16].
Таблица 1.7 Отсевы металлургического кокса фракции более 10 мм (ТУУ 322-00190443-048-97)
| Показатели | Норма | ||
| Размер кусков, мм | 10-35 | ||
| Массовая доля кусков размером менее 10 мм, %, не более | 15 | ||
| Массовая доля кусков размером более 25 мм, %, не более | 32 | ||
| Зольность А, %, не более | 13 | ||
| Массовая доля общей влаги, %, средняя | 18 | ||
| Наименование показателя | Норма для марки | ||
| МК1 | МК2 | МК3 | |
| Зольность, Ас, % не более | 13,0 | 16,0 | 18,0 |
| Массовая доля общей влаги, % не более | 22,0 | 22,0 | 24,0 |
| Массовая доля кусков размером, % не более | 9,0 | 8,0 | 6,0 |
| Размер кусков, мм | 0-10, 0-8 | 0-10, 0-8 | 0-8 |
Кварцит
Известно более двухсот разновидностей природного кремнезема: песок, кварц, кварцит, горный хрусталь, опал и многие другие. Для выплавки кремния и его сплавов используют наиболее дешевые и в то же время богатые кремнеземом материалы: кварцит, кварц и кварцевый песчаник. Главным минералом кварцитов и большей части песчаников является кварц — широко распространенный минерал, представляющий собой более или менее чистый кремнезем SiO2.
Кварцитами называют кремнистые песчаники, в которых цементируемое вещество и цемент представлены минералами кремнезема. Кварциты обычно характеризуются высокой плотностью и значительным сопротивлением сжатию (100—140 МПа), имеют светлую окраску с различными оттенками серого, желтого, розового и других тонов. С увеличением содержания SiO2 в кварците увеличивается извлечение кремния и производительность печи и снижается удельный расход электроэнергии.
Коренные заложи кварцита встречаются в виде пластов, гнезд или линз, состоящих из несцементированных кристаллов различной крупности.
Перед выплавкой кремния кварциты дробят, и часть примесей удаляется с мелочью. Дробление необходимо совмещать с промывкой для удаления глинистых примазок, пылевидных наносов и хрупких включений. Кварциты должны обладать высокой термостойкостью, при нагревании мало растрескиваться, иметь небольшую кажущуюся пористость (<2%), низкое водопоглощение (0,1—0,5%). Температура начала интенсивного разрушения должна быть как можно выше [17].
Кварциты должны соответствовать требованиям ТУУ 001911879-011-97.
Стандарт предусматривает две марки кварцита — КФ и КШ. Кварцит КФ используется в основном для производства ферросплавов (ферросилиция, силикокальция, кристаллического кремния, силикомарганца, ферросиликохрома и др.). Кварцит КШ предназначен в первую очередь для получения шлака определенного состава.
В некоторых случаях требования потребителей и заводов-изготовителей могут изменяться. Ниже приведен химический состав кварцита по отраслевому стандарту (ОСТ 14-49—80), действующему с 01.01.81, а в табл. 1.9 — химический состав кварцита различных месторождений.
Таблица 1.9 Химический состав кварцита различных месторождений
| Месторождение | Массовое содержание, %
 Мы поможем в написании ваших работ! | ||||||