Железная руда

Железные руды по химическому и минералогическому составу подразделяются на группы (табл.).

Руды магнитной окиси железа или магнитные железняки содержат 50—60% железа в виде магнетита Fе₃O₄. В верхних слоях месторождений магнетит обычно окислен с сохранением кристаллической структуры и называется мартитом, а руды мартитовыми. Магнетит трудно восстановим, мартит легче.

Руды безводной окиси железа или красного железняка орудняются гематитом (Fе₂O₃). Это — преимущественно богатые руды с содержанием железа 50— 70%, отличающиеся чистотой по фосфору и сере. Пустая порода — кремнеземистая. Особенно мощное месторождение гематитовых руд находится в Кривом Роге. Бедные красные железняки (не более 50% Fe и до 40% SiO₂) называют кварцитами. Кварциты не могут быть использованы без обогащения.

Руды водной окиси железа или бурые железняки орудняются минералами водной окиси железа

Таблица. Примерный состав железных руд, %

Руды	Fe2O3	FeO	SiО2	Аl20O3	СаО	МnО	Р	S	Потери при прокаливании	H2O (гидратная)	Σ Fe	Σ Мn
Магнитные железняки:
А Б В	74,9 74,1 43,8	16,7 15,1	13,3 2,6 20,3	4,5 2,4 16,3	1,6 0,4 1,о	Следы 1,0	0,10	0,02 Следы 0,01	— — —	— — —	54,5 65,2 42,4	0,5 2,0 0,3
Красные железняки:
А Б В	94,66 86,6 71,4	— — —	2,7 9,9 10,8	2,2 1,9 8,6	0,2 — 1,2	— — 0,7	0,01 0,05 0,60	— — —	1,6 2,2 —	— — —	66,2 60,5 50,0	— — —
Кварциты:
А Б	70,9 57,3	— —	25,3 35,0	0,6 2,4	0,4 1,5	0,3 2,0	0,08 0,16	— —	3,5 3,8	— —	49,6 40,1	— —
Бурые железняки:
А Б В	76,3 72,0 58,6	— — 1,1	3,4 13,6 16,7	2,5 3,0 5,5	1,7 0,4 1,5	1,8 0,1 1,0	0,01 0,08 1,17	0,01 0,02 0,27	— 9,5 11,6	12,0 — 9,4	53,4 50,4 41,8	1,0 1,1 0,6

(Fе₂О₃•Н₂О) с переменным содержанием сорбированной воды. Распространенный орудняющий минерал — лимонит (2Fe₂O₃• 3Н₂O). Бурые железняки — преимущественно бедные, в них содержится от 25 до 50% Fe. Пустая порода — глинистая или кремнеземисто-глиноземистая. Руды часто загрязнены фосфором и серой, иногда мышьяком. Все бурые железняки пористы и, кроме химически связанной и адсорбированной воды, содержат гигроскопическую влагу. Бурые железняки необходимо обогащать.

Руды углекислой соли железа или шпатовые железняки орудняются сидеритом (FeCO₃); эти руды бедны железом, но содержат мало серы и фосфора и легко восстанавливаются.

Марганцевые руды служат добавкой, вводящей в чугун марганец, и исходным материалом в производстве ферромарганца. Орудняющие минералы марганцевых руд: пиролюзит (МnО₂), браунит (Мn₂O₃), манганит (Мn₂O₃•Н₂O), гаусманит (Мn₃O₄) и т. д. Марганца в рудах содержится от 20 до 55%. Пустая порода кремнеземисто-глиноземистая, легко отмывается при обогащении.

Подготовка железных руд

Подготовка руд к доменной плавке заключается в дроблении, грохочении, для отделения мелочи, сортировки по крупности, усреднении, обогащении и окусковывании мелочи. Оптимальные размеры кусков руды 40—100 мм, кокса 40—80 мм и известняка 30—80 мм. Несортированная руда затрудняет работу доменной печи, рудная мелочь забивает промежутки между кусками и препятствует движению газов, кроме того, мелочь в значительной степени выносится газами в виде пыли.

Спекание руд является основным способом окускования. Количество рудной мелочи в среднем по месторождениям Советского Союза составляет 40%. Кроме того, из года в год увеличивается количество мелких концентратов, получаемых в результате обогащения руд. Эти концентраты также необходимо окусковывать. Целью агломерации является не только окускование, но и улучшение металлургических свойств материалов — удаление серы, предварительное офлюсование, упрочнение кусков, повышение макропористости.

Применение агломерата в доменных печах вместо сырой руды снижает расход кокса на 18—22% и увеличивает производительность на 25—26%. Доля агломерата в шихте постоянно возрастает, в среднем составляя 60%, она на некоторых заводах достигает 100%. Агломерация производится на ленточных спекательных машинах. Рудные материалы, измельченные до —10 мм, тщательно перемешивают с кофейком крупностью —3 мм и загружают на колосники спекательной машины слоем высотой 200—350 мм. Топливо зажигается сверху.

В результате создаваемого разрежения (9,8—11,8 кН/м²) воздух просасывается через слой шихты, вызывая интенсивное горение в узко ограниченной области (20—25 мм), называемой зоной горения, постепенно проходящей слой шихты сверху до колосниковой решетки. За это время шихта превращается в ноздреватые, пористые прочные куски агломерата. В зоне горения температура составляет 1300—1400° С. Высшие окислы восстанавливаются с образованием фаялита (2FeO•SiO₂):

2Fe₃O₄ + 3SiO₂ + 2СО = 3(2FeO • SiO₂) + 2CO₂,

2Fe₃O₄+ 3SiO₂ + 2C=3(2FeO•SiO₂)+2CO

Фаялит, имевшийся в рудных материалах или образующийся при агломерации в зоне горения, плавится при 1265° С и создает жидкую фазу, при затвердевании которой цементируются зерна агломерационной шихты.

Добавка в шихту известняка дает возможность получить офлюсованный агломерат; при отношении CaO/SiO₂, близком к основности доменного шлака, агломерат не требует или почти не требует добавок флюса и его называют самоплавким. Применение офлюсованного и тем более самоплавкого агломерата весьма выгодно.

Все более распространяющееся теперь обогащение руд привело к поставке мелких концентратов, которые трудно транспортировать и спекать, поэтому их предварительно окомковывают, получая окатыши диаметром 25—35 мм.

Суточная производительность спекательных машин составляет около 40 т/м² площади спекания ленты; площадь спекания отечественных машин равна 75 м², в последнее время выпуска* ют машины с площадью спекания 200 м².

Топливом для доменных печей служит кокс, загружаемый поочередно с рудой или агломератом. Он сгорает в горне за счет кислорода дутья. При этом образуются газы с высоким содержанием окиси углерода и достигаются высокие температуры, необходимые для плавления чугуна и шлака. В нижних горизонтах печи кокс воспринимает давление вышележащих материалов и поэтому должен обладать достаточной прочностью. Кроме того, он должен быть кусковатым, чтобы газы могли свободно проникать сквозь столб шихты и иметь достаточную пористость для ускорения и интенсификации реакций горения.

Свойства кокса проверяют пробами на прочность, пористость и истираемость. Кокс должен иметь также минимальное содержание вредных примесей — серы и фосфора.

Хороший кокс содержит 80—86% С; 0,4—0,7% S (у сернистого кокса—до 2% S); 2—6% влаги. Зольность достигает 15%. В хорошо выжженном коксе мало летучих (от 0,7 до 2,5%), большее их содержание свидетельствует о недококсованности.

Теплотворная способность кокса составляет около 27300— 29400 кДж/кг. Крупность кусков его должна быть не менее 25 мм.

Флюсы вместе с окислами пустой породы и золой топлива образуют шлак, по своим свойствам удовлетворяющий требованиям плавки. Флюсом служит известняк, который в настоящее время, как правило, вводят в шихту агломерации, в результате

чего получают офлюсованный или самоплавкий агломерат. При отдельной загрузке в печь известняк должен быть кусковатым— около 80 мм в поперечнике. По суммарному содержанию SiO₂ и Аl₂О₃ судят о его качестве; в лучших сортах сумма этих окислов не должна превышать 1,0%, а в худших она достигает 5%. Сера и фосфор должны содержаться в известняках в. минимальных количествах.

 

Статья на тему Железная руда