Обогащением руды называется операция, увеличивающая содержание железа или снижающая содержание вредных примесей в руде. Обогащение позволяет существенно повысить содержание железа в шихте доменных печей, улучшить условия восстановления железа, уменьшить выход шлака, улучшая тем самым ход печи и снижая расход кокса при возрастающей производительности. Установлено, что в средних условиях плавки повышение содержания железа в шихте на 1 % позволяет увеличить производительность печи на 2—2,5 % при снижении удельного расхода кокса на 2—2,5 %.
Получаемые на обогатительных фабриках концентраты содержат до 65—68 % Fe. Эффективность обогащения необходимо оценивать по всем показателям обогащения одновременно. Так, высокое содержание железа в концентрате может сопровождаться низким выходом концентрата и низким извлечением железа в концентрат. Наоборот, высокий выход концентрата связан с пониженным содержанием железа в нем и т. д.
Наиболее древним способом обогащения является мойка руд, в ходе которой на дробленую руду во вращающемся барабане направляется сильная струя воды, способная отделить глинистую пустую породу от рудного вещества. На концентрационных столах, в отсадочных машинах для разделения рудных минералов и пустой породы используется различие плотности этих компонентов руды: 2,65 г/см3 для кварцита и 5,26 г/см3 для гематита. Обогащение флотацией основано на неодинаковых гидрофильности и гидрофобности минералов. Наибольшее распространение получил метод магнитной сепарации руды, когда измельченную руду пропускают через магнитное поле. Удельная магнитная восприимчивость магнетита высокая (до 97350-10~6 см3/г), в то время как кварц относится к диамагнетикам (—0,47-10~в см3/г). В барабанном магнитном сепараторе Эдисона (рис. 28, а) неподвижный электромагнит 1 располагается внутри вращающегося барабана 2, на внешнюю поверхность которого подаются обогащаемая руда с водой. Частицы пустой породы оседают на дно бака, а частицы магнетита притягиваются к поверхности вращающегося барабана и могут быть смыты с нее только вне магнитного поля, что позволяет выделить концентрат магнитной сепарации (шлих). На рис. 28, б показана также конструкция ленточного магнитного сепаратора для сухой сепарации сильно магнитных руд. Конструкция включает транспортерную / и убирающую 2 ленты и делительную перегородку 3. Производительность магнитных сепараторов достигает 45—50 т/ч при обогащении тонкоизмельченных магнетитовых руд.
а б
Рис. 28. Магнитные сепараторы:
а — барабанный для мокрой сепарации; б — ленточный для сухой сепарации
Концентраты обогащения железных руд представляют собой весьма тонкий порошок и не могут быть загружены в доменные печи без предварительного окускования на фабриках окатышей или агломерационных фабриках.
Много внимания в металлургической промышленности уделяется усреднению химического состава железных руд. Содержание железа в руде и агломерате, загружаемых в данный момент в доменные печи, не должно отличаться от среднего арифметического за длительный период более чем на ±0,5 % (абс).
Рис. 29. Усреднение на рудном дворе доменного цеха:
1 — вагоноопрокидыватель; 2 — рудная траншея; 3 — рудный мостовой грейферный кран; 4 — грейферная тележка; 5 — горизонтальные слои штабеля (формируются при укладке штабеля); 6 — зона отбора руды для доменных печей (поперек горизонтальных слоев)
В современных условиях более 90 % рудной части шихты доменных печей состоит из агломерата, поэтому усреднение руды ведется, на агломерационных фабриках. Прежде доля неподготовленной руды в доменной шихте была значительной. По этой причине, а также для создания запасов руды на зимнее время доменные цехи имели обширные рудные дворы (рис. 29).
Прибывающая руда разгружается вагоноопрокидывателем / в рудную траншею 2, откуда мостовым грейферным краном 3 укладывается в штабель высотой до 17 м. Расстояние между длинной и короткой ногами крана, определяющее ширину штабеля, достигает 115 м. По длине рудный двор занимает весь фронт доменных печей. Число кранов обычно в два раза меньше числа доменных печей. Вся руда, загружаемая в печи, проходит усреднение на рудном дворе. Для этого руду из рудной траншеи в формируемый штабель укладывают послойно. Машинист крана должен рассыпать руду по возможности более тонким слоем на всю длину штабеля, перемещая по мосту тележку со слегка открытыми челюстями грейфера. При этом руду каждого эшелона составит один из горизонтальных слоев 5 формируемого штабеля. Руда следующего эшелона, по составу отличающаяся от предшествующей, будет уложена выше таким же тонким горизонтальным слоем. Штабель формируют до определенной высоты. Иной порядок соблюдается при заборе руды из сформированного штабеля для загрузки ее в доменные печи. Забор руды осуществляется вразрез штабеля с таким расчетом, чтобы грейфер захватывал одновременно как можно больше слоев, усредняя тем самым состав отгружаемой со склада руды (см. рис. 29).
Принципы укладки руды в штабель горизонтальными слоями и забора ее из штабеля поперек слоев составляют основу любой схемы усреднения на рудных дворах. Степень усреднения возрастает с увеличением размеров штабелей руды. Для складов с рудными грейферными кранами степень усреднения составляет в среднем 1,8—2,2.
За рубежом для усреднения руды часто используют открытые рудные дворы без мостовых кранов. Формирование штабелей и забор руды из них осуществляют машинами напольного типа. Склад системы Робинса показан на рис. 30, а. Поступающая наусреднение руда укладчиком 3 рассыпается в два формируемых штабеля продольными слоями при движении машины вдоль оси штабелей. Число слоев в штабеле составляет 300—1000 при емкости штабеля 100 тыс. т. По окончании формирования штабелей (емкость склада до 800 тыс. т руды) руду берут поперек штабеля одновременно из всех горизонтальных слоев с помощью бороны 6 с зубьями (400—50.0 зубьев, наклон к горизонту 30—60°, ход рамы бороны 500—600 мм при числе качаний в минуту до 20). Борона осыпает руду на скребковый транспортер 7. Борона и скребковый транспортер смонтированы на погрузочной машине, передающей усредненную руду на ленточный конвейер 4, располагаемый обычно в траншее. На складах Робинса получают высокую степень усреднения руды, но эксплуатация их в суровых зимних условиях связана со значительными трудностями (поломка бороны погрузочной машины и т. д.). Крытый склад такого типа сооружен на Карагандинском металлургическом комбинате.
На агломерационных фабриках России получила распространение схема усреднительного склада с формированием штабелей сверху движущейся тележкой, сбрасывающей руду с ленточного конвейера, монтируемого в крытой галерее, опирающейся на мачтовые опоры (рис. 30, б). Руду из штабеля забирают с помощью экскаваторов поперек продольных слоев. Использование такой системы также позволяет добиваться высоких степеней усреднения.