Содержание
Первое железо известное человечеству носило космическое происхождение, а, точнее говоря, метеоритное. Как инструментальный материал оно стало использоваться примерно 4 тыс. лет до нашей эры. Технология выплавки металла несколько раз появилась на свет и терялась в результате войн и смут, но, как считают историки, первыми освоили выплавку хетты.
Стоит отметить, что речь идет о сплавах железа с небольшим количеством примесей. Химически чистый металл стало возможным получить лишь с появлением современных технологий. Данная статья расскажет вам в подробностях об особенностях производства металла методом прямого восстановления, кричном, губчатого, сыродутного, горячебрикетированного железа, коснемся изготовления хлорного и чистого вещества.
Железная руда
Для начала стоит рассмотреть способ производство железа из железной руды. Железо – элемент весьма распространенный. По содержанию в земной коре металл занимает 4 место среди всех элементов и 2 среди металлов. В литосфере железо представлено обычно в виде силикатов. Наибольшее его содержание отмечено в основных и ультраосновных породах.
Практически все горные руды содержат какую-то толику железа. Однако разрабатываются лишь те породы, в которых доля элемента имеет промышленное значение. Но и в этом случае количество пригодных для разработки минералов более чем велико.
- Прежде всего, это железняк – красный (гематит), магнитный (магнитит) и бурый (лимонит). Это сложные оксиды железа с содержанием элемента в 70–74%. Бурый железняк чаще встречается в корах выветривания, где формирует так называемые «железные шляпы» толщиной до нескольких сот метров. Остальные имеют в основном осадочное происхождение.
- Очень распространен сульфид железа – пирит или серный колчедан, однако железной рудой он не считается и идет на производство серной кислоты.
- Сидерит – карбонат железа, включает до 35%, это руда средняя по содержанию элемента.
- Марказит – включает до 46,6%.
- Миспикель – соединение с мышьяком и серой, содержит до 34,3% железа.
- Леллингит – включает всего 27,2% элемента и считается рудой бедной.
Минеральные породы классифицируют по доле железа таким образом:
- богатые – с содержанием металла более, чем 57%, с долей кремнезема менее 8–10%, и примесью серы и фосфора менее 0,15%. Такие руды не обогащаются, сразу отправляются на производство;
- руда со средним содержанием включает не менее 35% вещества и нуждается в обогащении;
- бедные железные руды должны содержать не менее 26%, и тоже обогащаются перед отправкой в цех.
Общий технологический цикл производства железа в виде чугуна, стали и проката рассмотрен в этом видео:
Разработка месторождений
Существует несколько методов добычи руды. Применяют тот, который находят наиболее экономически целесообразным.
- Открытый способ разработки – или карьерный. Рассчитан на неглубокое залегание минеральной породы. Для добычи выкапывают карьер глубиной до 500 м и шириной, зависящей от мощности месторождения. Железную руду извлекают из карьера и транспортируют машинами, рассчитанными на перевозку тяжелых грузов. Как правило, так добывают именно богатую руду, так что необходимости в ее обогащении не возникает.
- Шахтный – при залегании породы на глубине 600–900 м, бурят шахты. Такая разработка куда более опасна, поскольку связана со взрывными подземными работами: обнаруженные пласты взрывают, а затем собранную руду транспортируют наверх. При всей своей опасности этот метод считается более эффективным.
- Гидродобыча – в этом случае бурят скважины на определенную глубину. В шахту спускают трубы и подают воду под очень большим давлением. Водная струя дробит породу, а затем железную руду поднимают на поверхность. Скважинная гидродобыча мало распространена, так как требует больших затрат.
Далее рассмотрены технология, процессы изготовления железа.
Технологии производства железа
Все металлы и сплавы разделяют на цветные (вроде никеля, олова, цинка, меди и т.п.) и черные. К последним относятся чугун и сталь. 95% всех металлургических процессов приходится на черную металлургию, железо используется повсеместно.
Несмотря на невероятное разнообразие получаемых сталей технологий изготовления не так уж много. Кроме того, чугун и сталь – это не совсем 2 разных продукта, чугун – обязательная предварительная стадия получения стали.
Классификация продукции
И чугун, и сталь относят к сплавам железа, где легирующим компонентом выступает углерод. Доля его невелика, но он придает металлу очень высокую твердость и некоторую хрупкость. Чугун, поскольку содержит больше углерода, более хрупкий, чем сталь. Менее пластичен, но отличается лучшей теплоемкостью и стойкостью к внутреннему давлению.
Чугун получают при доменной плавке. Различают 3 вида:
- серый или литейный – получают методом медленного остывания. Сплав содержит от 1,7 до 4,2% углерода. Серый чугун хорошо обрабатывается механическими инструментами, прекрасно заполняет формы, поэтому его используют для производства литьевых изделий;
- белый – или передельный, получают при быстром остывании. Доля углерода – до 4,5%. Может включать дополнительные примеси кремния, графита, марганца. Белый чугун отличается твердостью и хрупкостью и в основном применяется для выплавки стали;
- ковкий – включает от 2 до 2,2% углерода. Производится из белого чугуна путем длительного прогревания отливок и медленного длительного охлаждения.
Сталь может включать не более 2% углерода, получают ее 3 основными способами. Но в любом случае суть сталеварения сводится к отжигу нежелательных примесей кремния, марганца, серы и так далее. Кроме того, если получают легированную сталь, то в процессе изготовления вводят дополнительные ингредиенты.
По назначению сталь разделяют на 4 группы:
- строительная – применяют в виде проката без термической обработки. Это материал для сооружения мостов, каркасов, изготовления вагонов и так далее;
- машиностроительная – конструкционная, относится к категории углеродистой стали, включает не более 0,75% углерода и не более 1,1% марганца. Используется для производства разнообразных машинных деталей;
- инструментальная – также углеродистая, но с низким содержанием марганца – не более 0,4%. Из нее производят разнообразный инструмент, в частности, металлорежущий;
- сталь специального назначения – к этой группе относят все сплавы с особыми свойствами: жаропрочная сталь, нержавеющая, кислотоупорная и так далее.
Предварительный этап
Даже богатую руду перед выплавкой чугуна необходимо подготовить – освободить от пустой породы.
- Как добывается железная руда
- Как в игре minecraft добыть железо
- Как добывать известняк
В большинстве случаев железную руду добывают открытым методом. Его суть состоит в том, что к месторождению доставляют всю необходимую технику и строят карьер. В среднем карьер имеет около 500 метров в глубину, а его диаметр напрямую зависит от особенностей месторождения. Затем с помощью специального оборудования железную руду добывают, складывают на приспособленные для транспортировки очень тяжелых грузов машины и вывозят. Как правило, из карьера полезные ископаемые сразу транспортируют на предприятия, занимающиеся их переработкой.
Недостаток открытого метода состоит в том, что он позволяет добывать железную руду только на сравнительно небольшой глубине. Поскольку нередко она лежит гораздо глубже – на расстоянии в 600-900 м от поверхности земли – приходится строить шахты. Сначала делают ствол шахты, который напоминает очень глубокий колодец с надежно укрепленными стенками. От ствола в разные стороны отходят коридоры, которые называются штреками. Найденную в них железную руду взрывают, а затем ее куски с помощью специального оборудования поднимают на поверхность. Этот способ добычи железной руды эффективен, но в то же время связан с серьезной опасностью и затратен.
Есть и еще один способ, позволяющий добывать железную руду. Он называется СГД или скважинная гидродобыча. Руду извлекают из-под земли следующим образом: бурят глубокую скважину, опускают туда трубы с гидромонитором и с помощью очень сильной водной струи дробят породу, а затем поднимают ее на поверхность. Этот способ безопасен, однако, к сожалению, он пока неэффективен. Благодаря этому методу удается добыть только около 3% железной руды, в то время как с помощью шахт добывается примерно 70%. Тем не менее, разработкой метода скважинной гидродобычи занимаются специалисты, а потому есть надежда, что в будущем именно этот вариант станет основным, вытеснив карьеры и шахты.
The Village продолжает выяснять, как делают разные вещи. Сегодня — железная руда, которую добывают на Стойленском горно-обогатительном комбинате
Стойленский рудник начали разрабатывать в 1961 году. Это одно из самых крупных месторождений Курской магнитной аномалии. Через 20 лет рядом с рудником построили горно-обогатительный комбинат (ГОК). В 1990-х предприятие акционировали и теперь ГОК входит в группу НЛМК и является одним из трёх главных поставщиков железной руды в России, на его долю приходится более 15 % рынка. Основная продукция комбината — железорудный концентрат и железная агломерационная руда. Они используются для производства металла.
Стойленский ГОК (НЛМК)
Год основания: 1961
Месторасположение: Старый Оскол, Белгородская область
Количество сотрудников:
более 6 тысяч
Стойленский ГОК ведёт добычу железных руд открытым способом. Основное полезное ископаемое, которое здесь добывают, — железистые кварциты и богатые руды. Глубина карьера составляет 375 метров.
Чтобы добраться до богатой руды и железистых кварцитов, нужно снять и переместить в отвалы миллионы кубометров глины, суглинков, песка и мела. Позднее отработанную породу тоже пускают в дело. Мел используют при производстве цемента, песок — в строительстве, щебень — при производстве дорожных работ.
В карьере работает 24 карьерных самосвала БелАЗ грузоподъёмностью 136 тонн каждый, девять 55-тонных и шесть 10-тонных карьерных самосвалов, 39 экскаваторов и 9 буровых станков, 30 тяговых агрегатов и 12 тепловозов.
Чтобы раздробить скальную породу и железистые кварциты, нужно провести взрыв. Это происходит примерно 18 раз в год. Вначале геологи определяют места для взрывов — блоки. На выбранных блоках бурят сеть из 40–60 скважин, которые располагаются в шахматном порядке на расстоянии трёх-четырёх метров друг от друга. В скважины заливают взрывчатое вещество в виде геля и закладывают детонаторы. Общая масса взрывчатки доходит до тысячи тонн. Детонация передаётся от скважины к скважине с задержкой в доли секунды. Это делается для того, чтобы уменьшить сейсмическое воздействие на грунт.
Взрыв дробит железистые кварциты с содержанием железа 25–29 %. Затем к местам взрыва перегоняют экскаваторы. Объём их ковша составляет 10–12 кубических метров. Экскаваторы грузят раздробленную руду в автосамосвалы БелАЗ грузоподъёмностью 136 тонн. БелАЗы вывозят руду на перегрузочные склады, размещённые в верхней трети глубины карьера.
тонн железорудного концентрата — объём производства
в 2013 году
На перегрузочных складах железистые кварциты высыпают из самосвалов и грузят в вагоны для перевозки в корпус крупного дробления обогатительной фабрики.
Там руду из вагонов высыпают в дробилки крупного дробления, которые перемалывают породу, — получаются куски по 200 миллиметров в диаметре. Раздробленная руда по транспортёрным лентам передаётся в корпус среднего и мелкого дробления для дальнейшего измельчения.
Потом куски руды размером 15–20 миллиметров попадают на обогатительную фабрику. В шаровых мельницах руду снова измельчают уже в порошок. После классификации и разделения он попадает на магнитные сепараторы. Барабаны сепараторов отбирают из порошка магнитную составляющую, а пустая порода в смеси с водой отправляется в хвостохранилища.
В результате получается железорудный концентрат с содержанием железа 66,5 %. Прежде чем передать концентрат на узел отгрузки, из него с помощью вакуум-фильтров удаляют лишнюю влагу.
Железорудный концентрат с заданной влажностью и содержанием железа 66,5 % отгружают потребителям. Он будет использоваться в доменных печах для производства стали наряду с флюсами, окатышами и другими составляющими чугуна.
Загрузка...
