Изучение металлургических свойств нового типа железорудного сырья (маггемитовых руд) для подготовки к доменной плавке

Рассчитаем защитное заземление контурного типа для помещения участка сортировки агломерата. Тип заземлителя - стержневой трубчатый с толщиной стенки 3,5 мм; длина трубы 250 см; диаметр трубы 5 см. Ширина соединяющей полосы = 4 см. заземлитель заглубленный, глубина заложения 80 см. Расположение заземлителей - по четырехугольному контуру. Расчетный ток замыкания на землю =5 А.

Определим расстояние между трубами . Для заглубленных заземлителей принимают = = 250 см.

Расстояние от поверхности земли до середины трубы определяется по формуле:

.

Тогда,

см.

Наиболее допустимое сопротивление заземления исходя из условия возможности замыкания:

Ом.

Удельное сопротивление грунта (глины) принимаем равным Ом·см. Повышающие коэффициенты для стержневого заземлителя , для полосового заземлителя .

Тогда, расчетное удельное сопротивление грунта для труб:

;

Ом·см.

Расчетное удельное сопротивление грунта для соединительной полосы:

;

Ом·см.

Определим сопротивление растекания тока одной трубы:

;

Ом;

Количество труб, которые необходимо забить в грунт, без учета коэффициента экранирования, определяется по формуле:

.

Итак, шт. Коэффициент экранирования при расположении труб по четырехугольному контуру равен . Тогда, необходимое количество труб с учетом коэффициента экранирования, равно: труб. Расчетное сопротивление трубчатых заземлителей, без учета соединяющей полосы, определяется по формуле:

.

Итак, Ом. Длина соединяющей полосы, при условии, что трубы расположены по четырехугольному контуру, равна: .

Тогда, см.

Сопротивление растеканию тока соединяющей полосы, равно:

;

Ом.

Коэффициент экранирования соединяющей полосы, при расположении 17 труб по четырехугольному контуру, равен . Тогда расчетное сопротивление соединяющей полосы будет:

;

Ом.

Вычислим общее расчетное сопротивление заземляющего устройства (труб и соединяющей полосы):

;

Ом.

Таким образом, полученное расчетное сопротивление меньше сопротивления замыкания, которое составляет Ом.

Заключение

1 Продукцию черной металлургии составляют железные, марганцевые, хромовые руды и продукты их передела (концентраты, агломераты, окатыши). В зависимости от назначения продукция черной металлургии нормируется и маркируется по химическому, гранулометрическому составам и химическим свойствам.

Железные руды и продукты их передела применяют для производства передельных и легированных чугунов. Их нормируют по содержанию железа и шлакообразующих элементов (основных и кислых шлаков), содержанию вредных примесей, крупности, а при выплавке легированных чугунов-- также по содержанию легирующих примесей.

2 Железорудная база комбината представлена Орско-Халиловской группой железорудных месторождений - Новопетропавловским, Аккермановским, Малохалиловским, Промежуточным, Новосергиевским, Орловским, Новотроицким месторождениями бурожелезняковых и сидеритовых природнолегированных железных руд, а также отвалом мелочи железных руд отработанного Новокиевского месторождения.

Аккермановское месторождение имеет два рудных горизонта - верхний и нижний:

верхний горизонт слагается двумя типами руд: охристо-глинистыми (около 90% от запасов) и кусковато-щебенистыми;

нижний рудный горизонт слагают три типа руд: гидрогетит сидеритовые глинистые, оолито-брекчиевые сидерит-гетитовые и оолито-брекчиевые гидрогетитовые.

Содержания основных компонентов колеблются в широких пределах: железа - от 32 до 42 %, никеля - от 0,4 до 0,7 %, кремнезёма - от 12 до 40 %, что требует усреднение материала перед его переработкой.

Минералогический состав руд Новопетропавловского месторождения весьма разнообразен: слагающие месторождения рудные минералы - гидрогетит, железистые хлориты, гидрогематит, хромшпинелиды и магнетит. Среди них широкое распространение имеет железистый хлорит.

3 При технологических исследованиях руд получены результаты для наиболее приемлемого способа - обжиг-магнитного обогащения. При измельчении обожженной руды до фракции 0,071 мм и мокрой магнитной сепарации получен концентрат содержащий Fe_общ. - 58,7%, Ni - 0,62%, Cr₂О₃ - 0,91%, Со - 0,094%.

4 Значительный интерес представляет уникальное месторождение так называемых "железистых конгломератов", по минеральному составу являющееся маггемитовыми рудами, содержащие железа до 39,47%. Так как содержание является не очень высоким, то для данной руды необходимо найти оптимальный вид обогащения.

Также руда содержит полезные примеси, такие как никель до 0,28%, хром до 1,35 %, окись кальция - до 21% , магния - до 24% и марганца до 0,16%. Присутствие таких оксидов как оксиды кремния (23,57%-50,38%), ванадия (до 0,06%) и титана (до 0,41%) также является положительным.

Присутствие вредных примесей в рудах является не желательным, так как они отрицательно влияют на качество чугуна, разрушающе действуют на футеровку доменной печи.

Вредных примесей в руде минимальное количество. Серы содержится до 0,06%, фосфора - до 0,03%.

Представляет также интерес рудопроявление кусковых маггемитов с химическим составом руды, в %: Fe_общ. - 52,5; FeO - 0,8; Fe₂O₃ -74,2; SiO₂ - 6,01; CaO - 0,14; S - 0,015; NiO - 0,55; P₂O₅ - 0,18; Al₂O₃ - 2,2; MnO - 0,61; MqO - 0,21; TiO₂ - 0,10; Cr - 1,66; п.п.п. - 10,47.

5 По гранулометрическому составу маггемитовая руда после её дробления до 30 мм характеризуется преобладанием мелкозернистого материала. Содержание кусков более 25 мм незначительное Фракция мельче 3 мм составляет 71,7%. Наибольшее содержание железа связано с фракцией 3,0 ч 1,0 мм (53% железа от общего содержания). Исходя из вещественного состава руды, основными эффективными методами их обогащения является гравитационные и магнитная сепарация в слабом магнитном поле.

По гравитационно-магнитным схемам получены концентраты, содержащие 47,0-52,2% железа при его извлечении 63,6-58,3%. Выход концентрата составит 28,4-23,5%. По магнитной схеме получено 18,0% концентрата, содержащего 55,6% железа при его извлечении 47,8%.

6 Наиболее благоприятный химический состав концентратов маггемитовых руд соответствует содержанию железа 48,0-50,0%. Основность такого концентрата () равна 0,34-0,36, а отношение SiO₂ : Al₂O₃ равно 2,60-1,96. В концентрате, содержащем 56,8% железа основность снижается до 0,255,а отношение SiO₂ : Аl₂O₃ до 1,36-1,81.

Полученные концентраты чисты по сере (0,008-0,012%) и фосфору (0,021-0,041%), но содержит 1,68% хрома. Полезной примесью является никель, содержание которого равно 0,16-0,19%. Извлечение в концентрат хрома равно 60,0-62,0%, никеля 30,0-34,0%.

7 Химический и минеральный состав промпродукта, полученного после переработки маггемитовой руды сухой магнитной сепарацией, довольно сложный, что обусловливает многообразие химических превращений при его термической обработке.

Определяющей является реакция восстановления твердым восстановителем гидрогетита (3Fe₂O₃ · 4Н₂О) через газовую фазу. Гидрогетит представляет собой твердый раствор воды в гетите (Fe₂O₃ ·Н₂О). вода входит в кристаллическую решетку твердого раствора в гетите в виде нейтральных молекул, удаление которых становится возможным уже при температуре 120 - 200 єС без изменения типа решетки и скачкообразных изменений ее параметров.

В решетке гетита кристаллизованная влага присутствует в виде ионов гидроокислов (ОН)^-, где каждый атом водорода располагается симметрично между атомами кислорода, образуя водородную связь.

В области температур до 400 єС происходят испарение поверхностной влаги и разложение гидрогетита до гематита (Fe₂O₃) путем отнятия кристаллизационной влаги:

3 Fe₂O₃ · 4Н₂О > Fe₂O₃ + Н₂О ^.

При температуре 300 - 400 єС начинается процесс дегидрации хлоритов, основными из которых является амезит - (Mq, Fe)₄Al₂ [Al₂Si₂O₁₀](OH)₈, шамозит - Fe₄Al [Si₃Al O₁₀] (OH)₈ и пеннин - (Mq, Fe)₅Al [Al Si₃O₁₀] (OH)₈.

8 В надрудной толще маггемитовых руд обнаружена полезная примесь - никель, содержание которого в концентрате равно 0,47% и извлекается 49%, с большими потерями (51%) в хвостах, что является закономерным, так как никель в рудах находится частью в адсорбированной форме, а частью - в виде примеси к хлоритам, где она изоморфно замещает часть атомов магния. Извлечение в концентрат хрома составляет 56%, но содержание его составляет около 0,16%, что является хорошим признаком. Таким образом, данные руды также возможно использовать в качестве добавки в агломерационную шихту.

9 В работе рассмотрены вопросы по комплексному использованию минерального сырья, т. е. вовлечению в промышленность ряда компонентов, входящих в состав руд. Как показывают химические анализы в некондиционных материалах, таких как шлак из отвалов ЮУНК, присутствует значительное содержание полезных элементов. Так, содержание железа составляет 51%, при его извлечении 55% и выходе 29,8%. Переработка таких материалов является уникальной возможностью восполнить недостаток руды.

В непосредственной близости от комбината находится месторождение бурого железняка, который, после обогащения содержит 62% железа. Содержание хрома в этом материале является достаточно высоким - почти 2%, поэтому его можно использовать для выплавки низколегированной стали.

10 Экономическая оценка показала, что при применении нового сырья себестоимость агломерата снизится на 50,99 руб/т., что составляет 2,73 %.

Таким образом, применение нового железорудного сырья является экономически выгодным.

Список использованных источников

1 Е.В. Челищев (под редакцией) "Общая металлургия". Металлургиздат, Москва, 1971 г.

2 А.А. Панычев "Исследование обогащения природно-легированного сырья для производства нефтегазовых труб в северном исполнении". Издательство "Руда и металлы", Москва, 2001 г.

3 А.А. Панычев "Маггемитовая руда - новый тип железорудного сырья для черной металлургии". "Обогащение руд" № 1, 2006 г.

4 С.И. Митрофанов, Н.А. Барский, Н.Д. Самыгин "Исследование полезных ископаемых на обогатимость". Москва, "Недра", 1989 г.

5 А.А. Панычев "К исследованию обогатимости маггемитовой руды". "Обогащение руд" № 4, 2006 г.

6 "Особенности разведки и оценки месторождений никеля", Москва, 1998 г.

7 Штатное расписание агломерационного цеха.

8 "Инструкция агломератчику" 2007 г.