Металургійні неметалічні сировина й агрегати

МЕТАЛУРГІ́ЙНІ НЕМЕТАЛІ́ЧНІ СИРОВИНА́ Й АГРЕГА́ТИ Серед М. н. с. й а. — кокс, флюс. мінерал. сировина, вогнетриви та мінерал. сировина для їхнього виробництва, мінерал. сировина для виготовлення формувал. сумішей. Домен. кокс (ДК) — поруватий високовуглец. продукт сірого кольору, отриманий при коксуванні сумішей кам’яного вугілля. ДК виконує 3 осн. функції в домен. процесі (див. Доменне виробництво): джерело тепла, що необхідне для проходження хім. реакцій і фазових перетворень матеріалів домен. шихти; відновник, що безпосередньо впливає на швидкість та глибину протікання хім. реакцій; дренаж або розпушувач стовпу шихт. матеріалів, бо кокс — єдиний компонент домен. шихти, що залишається у твердій фазі на нижньому горизонті домен. печі в зоні найвищих т-р. Для ДК характерні оптимал. значення реакцій. здатнос­ті CRI < 30 % та післяреакцій. міцності CSR ≥ 60 %; низька зольність 1–1,3 % і вихід летких речовин 0,8–1,2 %; значна мех. міцність М25 = 83–86 %, М10 = 7,5–8,0 % та термостійкість 500–650 °С; оптимал. крупність переважно 60–40 мм і достатнє газопроникнення Г = 260–290 Д. Ливар. кокс (ЛК) — дуже міцний продукт, отриманий шляхом коксування спец. сумішей із низькосірчистого спікливого кам’яного вугілля марок Ж та К. У ливарному виробництві ЛК є осн. джерелом тепла, необхідним для плавлення чавуну та металобрухту. Для ЛК характерні оптимал. значення реакцій. здатності CRI = 20÷30 % та післяреакцій. міцності CSR ≥ 65 %; низька зольність 0,5–1,0 % і вихід летких речовин 0,8–1,2 %; значна мех. міцність М25 = 83–86 %, М10 = 7,5–8,0 % та сірчистість на рівні 0,15÷1,0 %; крупність переважно 60–170 мм і достатнє газопроникнення Г = 260–300 Д. Кокс. горіх (КГ) — твердий поруватий високовуглец. продукт, отриманий під час сортування валового коксу. Використовують в електрометалургії як пересип ванни при виробництві феросплавів. КГ є відновником і осн. речовиною для утворення електр. дуги. Для КГ характерні висока реакційна здатність CRI ≥ 40 % та питомий електроопір ≥ 800 мкОм × м; низька зольність 0,5–1,5 % і вихід летких речовин 0,8–1,2 %; сірчистість на рівні 1,0÷2,0 %; крупність переважно 10–25 мм. Агломерац. кокс (АК) — твердий мілкодріб. поруватий продукт, отриманий при сортуванні валового коксу. В агломерац. виробництві АК потрібний для утворення тепла, що необхідне для спікання усіх компонентів агломерату. АК властиві висока реакційна здатність CRI ≥ 40 % та питомий електроопір ≥ 900 мкОм × м; зольність до 10 % і вихід летких речовин 1,0–2,0 %; сірчистість на рівні 1,0÷2,0 %; крупність переважно до 3 мм. Кокс для виробництва вогнетривів (КВ) — це також твердий мілкодріб. поруватий продукт, отриманий під час сортування валового коксу; крупність переважно до 10 мм. КВ потрібний для утворення тепла, що необхідне для спікання магнезит. порошку. Для КВ характерні висока реакційна здатність CRI ≥ 40 % і питомий електро­опір ≥ 500 мкОм × м; зольність до 12 % і вихід летких речовин до 12,0 %; сірчистість на рівні 1,8÷2,0 %.

До осн. видів мінерал. флюс. сировини, що використовують у металургії чавуну та сталі під час перероблення залізистих руд з метою переведення в шлак порож. породи, золи палива, різних шкідливих домішок (фосфор, сірка тощо), зараховують карбонатну сировину — флюс. вапняки та доломіти, що складаються з осн. мінералів кальциту, доломіту, магнезиту та домішок аргоніту, сидериту, анкериту, кварцу, піриту, каолініту та ін.; плавик. шпати, або флюорити. Розрізняють вапняковисті, вапняк. і доломітизов. вапняки. Залежно від призначення природну карбонатну сировину подрібнюють та збагачують. Вапняки поділяють за марками та гранулометрич. складом. У домен. виробництві використовують флюс. вапняки марок Ч-1 і Ч-2; флюс. доломітизов. вапняки марок ЧД-1 і ЧД-2; флюс. доломітизов. усереднені вапняки марок ЧДУ-1 і ЧДУ-2; у сталеплавильному виробництві — флюс. вапняки марок С-1 і С-2; у конвертор. виробництві — флюс. доломітизов. усереднені вапняки марок КДУ-1 і КДУ-2. Якість флюс. вапняків для чорної металургії встановлюють відповідно до галуз. стандартів і тех. умов. Загалом використовують вапняки із вмістом оксиду кальцію та магнію не менше 50,5–53,5 %, оксиду магнію — не більше 3,5–5 %; для доломітизов. вапняків оксиду магнію має бути не менше 5–7 % і не більше 9–10 %; оксиду кремнію — не більше 1,5–2,5 %; сірки — не більше 0,06–0,15 %; фосфору — не більше 0,01–0,06 %. Певні вимоги висувають до гранулометрич. складу флюсів за показниками розміру грудок і допустимими межами вмісту грудок відповід. величини, діапазон якої змінюється в межах від 0– 10 мм до 80–130 мм і 50–150 мм. Плавик. шпати утворюються в результаті різних процесів (магматич., пегматит., карбонатит., скарн., гідротермал., осад.) у широкому діапазоні т-р. Трапляються переважно як жильні мінерали в поєднанні з кальцитом, баритом, кварцом, а також з сульфідами цинку, свинцю та ін. металів, рідше — у пегматитах. Залежно від вмісту фтористого кальцію флюорит. руди поділяють на власне плавиковошпатові (понад 30 % CaО) та комплексні (менше 30 % CaО), а за мінерал. складом — на кварц-флюорит., карбонатно-флюорит., польовошпат-флюорит., флюорит-берилієві, флюо­рит-олов’яні, барит-флюорит., топаз-флюорит., ртутно-сурм’я­но-флюорит., флюорит-залізорудні, флюорит-олов’яно-вольф­рам. тощо. Види плавик. шпатів для металург. промисловості: ФР — звичай. флюорит, ФК — грудк. сортований флюорит, ФГ — гравітац. флюорит-концентрат. Розрізняють марки плавик. шпатів залежно від призначення — для виплавляння звичай. марок сталей, середньо- і низьколегов. сталей, сталей і сплавів спец. призначення тощо.

Вогнетриви, або вогнетривкі матеріали, — це неметалічні матеріали, що мають вогнетривкість (здатність протистояти впливу високих т-р, не розплавляючись) не менше 1580 °С і призначені для використання в умовах високих т-р у різних тепл. агрегатах і пристроях. Вони бувають вогнетривкі (витримують 1580–1770 °С), високовогнетривкі (1770–2000 °С) і вищої вогнетривкості (понад 2000 °С). Вогнетривкі вироби випускають з певними геом. формами та розмірами (прямокутна цегла, цегла склад. конфігурації — фасон) і неформов. (вогнетривкі порошки, заповнювачі, цементи, суміші та маси, бетони, розчини, обмазки, волокнисті матеріали тощо). Розрізняють вогнетривкі вироби формов. щільні та теплоізоляційні. Перші класифікують як вироби глиноземно-кремнеземні (типи: високоглиноземні, шамотні, низькоглиноземні шамотні, кремнеземисті); осн. вироби, що містять менше 7 % залишк. вуглецю після коксування (типи: магнезіальні, магнезіально-вапняні, магнезіально-доломітні, доломітні, форстеритні, магнезіально-хромітні, хромітні, магнезіально-цирконій-оксидно-кремнеземні); осн. вироби, що містять 7–50 % залишк. вуглецю після коксування (типи: магнезіально-вуглецеві, магнезіально-вапняно-вуглецеві, магнезіально-доломітно-вуглецеві, доломітно-вуглецеві); спец. вироби — оксидні, неоксидні, неоксидні карбідкремнієві та на ос­­нові вуглецю (типи: глиноземно-хромоксидні, хромоксидні, глиноземно-хромоксидно-цирконійоксидні, глиноземно-хром­оксидно-цирконійоксидно-кремнеземні, цирконійоксидно-кремнеземні, глиноземно-вуглецеві, карбідкремнієві, вуглецеві та ін.). Вогнетривкі вироби різних типів поділяють на групи за вмістом у них певних оксидів, вуглецю, осн. хім. складника (або складників). Другий тип виробів, заг. пористість яких не менша 45 % (за об’ємом), класифікують за т-рою, при якій незворотна зміна розмірів становить 2 % або менше, і за уявною щільністю виробів. Сировинні матеріали для виробництва вогнетривів поділяються на природні (сирі, прожарені або спечені), синтет. (прожарені або спечені), клінкер (магнезіально-хроміт., магнезіально-вапняний), плавлені. Природну сировину (вогнетривка глина, каолін, кварцит, кварц. пісковики, доломіт, магнезит, хроміт, графіт та ін.) використовують у складі вогнетрив. мас (сумішей) і для отримання з неї шляхом прожарювання або спікання, або плавлення вогнетрив. матеріалу. Мінералогіч. і гранулометрич. склад вогнетрив. глин визначає їхні найважливіші технол. властивості: пластичність, здатність до зв’язу­вання та спечення, спучування, набухання, чутливість до сушіння, повітр. і вогневе усадження. За мінералогіч. складом вогнетривкі глини є полімінерал. породами, в яких каолініт, монтморилоніт, галуазит і монотерміт (ілит, гідромусковит) — осн. глиноутворюючі мінерали; глиноземисті мінерали (гібсит, діаспор), а також кварц, слюди, гідрослюди, залізисті (лимоніт, пірит, марказит), вапняк. (карбонати заліза, кальцію і магнію) і органічні сполуки — мінерали-домішки. За мінерал. складом глинисту сировину поділяють на групи: каолініт., монтморилоніт., гідрослюдисті, гідрослюдисто-каолініт., монтморилоніто-каолініт., монтморилоніто-гідрослюдисті та полімінерал. (містять 3 і більше глинистих мінералів) глини. За вмістом Al₂O₃ у прожареному стані глинисті породи поділяють на високоглиноземисті (понад 45 %), високоосн. (38–45 %), осн. (28–38 %), напівкислі (14–28 %), кислі (менше 14 %). Наявність окремих оксидів у хім. складі глин впливає на їхню якість: збільшення вмісту Al₂O₃ у глинах з обмеженим вмістом Fe₂O₃ підвищує вогнетривкість; вільний кремнезем у вигляді кварц. піску зменшує пластичність, усаджуваність і зв’язувал. властивість; Fe₂O₃, CaO, MgO і луги знижують вогнетривкість. Придатність глин до використання у виробництві певних видів вогнетривів визначається необхід. вмістом Al₂O₃, обмеженим вмістом Fe₂O₃ і вогнетривкістю. Здатність до спікання глин характеризується т-рою або температур. інтервалом спікання: у тугоплав. і вогнетривких глин змінюється від 1150 до 1400 °С залежно від мінералогіч. складу. Вогнетривкі глини різноманітні за гранулометрич. складом. Залежно від вмісту тонкодисперс. фракцій (вміст часток розміром менше 10 мкм (0,01 мм) і 1 мкм (0,001 мм) глини поділяють на групи: грубо-, низько-, середньо- і високодисперсні. Фракція менше 0,001 мм складається з каолініту, монотерміту й ін. алюмосилікатів, і збільшення її вмісту в глині відповідає різновидам глин зі зв’язуючою властивістю та більшою пластичністю. Первинні каоліни потребують збагачення для видалення крупних включень і відділення часток «глинистої» складової з розмірами часток 0,01–0,001 мм і менше. Вони мають низьку пластичність та зв’язувал. здатність, тому до них додають високопластичні глини. Вторинні каоліни відрізняються більшою різноманітністю мінералогіч. складу, наявністю органіч. домішок, вищими показниками пластичності та зв’язувал. здатності, більш тонкодисперс. гранулометрич. складом. Вогнетривкість каолінів у межах 1700–1780 °С (вища температура характерна для вторинних); температур. інтервал спікання 1400–1500 °С. Для виробництва високоглинозем. вогнетривів використовують боксити та мінерал. сировину, що містить мінерали силіманіт. групи. Боксити складаються переважно з оксидів і гідроксидів алюмінію (мінерали: діаспор, беміт, гібсит), оксиду заліза та різних мінерал. домішок (каолініт, кальцит, слюди, ільменіти, хлорити). Високий вміст оксиду заліза, лужних і лужноземел. оксидів (R₂O, RO) у хім. складі природ. бокситів обмежує їхнє застосування як вогнетрив. сировини, тому для виробництва вогнетривів використовують боксити з вмістом Al₂O₃ не менше 82–87 %, Fe₂O₃ — не більше 2,5–2 %, R₂O і RO — не більше 1,5 %. Природну сировину, що містить осн. мінерали класу силікатів (силіманіт. група) — андалузит, кіаніт (дістен), силіманіт з заг. формулою Al₂O₃∙SiO₂ (62,9 % Al₂O₃, 37,1 % SiO₂) та мінерал. домішки — польовий шпат, кварц, рутил, ставроліт, мусковіт, серицит, використовують для виробництва вогнетривів після збагачення у вигляді пром. продукту різної зернистості — андалузиту та кіаніту (вміст Al₂O₃ в межах 58–70 %) і дістенсиліманіт. концентрату (вміст Al₂O₃ не менше 54–57 %, Fe₂O₃ — не більше 0,7–0,8 %, СаО — не більше 0,2–0,7 %, ТіО₂ — не більше 0,8–1,5 %). Осн. висококремнеземистою сировиною для виготовлення кремнеземних і кремнеземистих вогнетривів є природні кварцити та кварц. пісковики, що містять не менше 96 % SiO2 з вогне­трив­кістю в межах 1750–1770 °С. Кварц. пісковики утворилися в результаті діагенезу кварц. пісків. За кiлькiс. вмiстом цементую­чої фази розрiзняють цементнi (кварц.) та кристалiчнi (безце­мент­нi) пісковики. Цементнi кварцити порiвняно з кристалiчними вiдрiзняються меншою твердiстю та мех. мiцнiстю. Мінералогіч. склад цих порід представлено β-кварцом і домiшками польового шпату, слюди, гiдрооксидiв за­лiза, карбонатів кальцію та магнію, гіпсу, глинистих мiнералiв, мусковіту, хлориту, гематиту, що впливають на якість сировини та визначають можливість її застосування для виробництва вогнетривів. Важливим критерієм оцінювання придатності кремнеземистої сировини є швидкість перетворення кварцу (β-форма) у високотемпературні модифікації — тридиміт і кристобаліт, яка відповідає певним значенням істин. щільності випаленої сировини. Для виробництва вогнетривів використовують кварцити з уповільненою та серед. швидкістю перетворення (істинна щільність понад 2,45 г/см³ і від 2,40 г/см³ до 2,45 г/см³ відповідно). Як домішки до осн. кремнеземистої сировини також використовують жильний кварц, халцедон, кварц. піски і кварц. перліт (маршаліт). Для виробництва цирконієвмісних вогнетривів використовують ортосилікат цирконію (ZrО₂∙SiO₂) і діоксид цирконію (ZrО₂). Циркон відносять до мінералів класу силікатів, він містить 67,2 % ZrО₂ і 32,8 % SiO₂. Природна сировина — піски циркононосні та циркон-рутил-ільменітоносні, що містять мінерал циркон і супутні мінерали (апатит, титаніт, магнетит, польовий шпат, пірохлор та ін.), після збагачення яких отримують циркон. концентрат різної зернистості — порошкоподіб., порошкоподіб. тонкодисперсний і зернистий з вмістом ZrО₂ в ме­жах 60–65 %, Al₂O₃ — не більше 1,8–2 %, Fe₂O₃ — не більше 0,1 %, ТіО₂ — 0,3–0,4 %. Природ. сировиною для отримання діоксиду цирконію є бадделеїт, що містить 91–97 % ZrО₂, та ін. цирконієвмісних мінерали. Після збагачення отримують бадделеїт. концентрати з вмістом ZrО₂ не менше 97 %. Висока вогнетривкість доломіту визначає можливість його використання в сирому вигляді та після випалювання при 1500–1750 °С як заправ. матеріалів, порошків набив. мас. Для виробництва вогнетрив. виробів використовують особливо чисті природні доломіти, що попередньо випалюють при 1700 °С. Випалені доломіти характеризують за уявною щільністю понад 3,0 г/см³, вмістом MgO понад 34 %, SiO₂ — менше 2 %, оксидів алюмінію, заліза і марганцю — менше 4 %. Природні магнезити існують у кристаліч. (зернистій) і крупнокристаліч. (аморфній) формах. Осн. домішки в кристаліч. магнезиті: доломіт, кальцит, діабаз і кварц; осн. домішки в аморф. магнезиті: змійовик і кварц. Пром. значення має кристаліч. магнезит, що є продуктом зміни вапняку чи доломітів унаслідок дії на них розчинів з вмістом двовуглекислого магнію, і є осн. сировиною для отримання природної, спеченої при 1600–1800 °С або плавленої магнезії (периклазу). На якість магнезиту впливає вміст домішок у сировині, особливо мінералів, що містять оксиди кальцію та кремнію і обумовлюють утворення легкоплав. мінералів (монтичеліт, мервініт двокальцієвий силікат), що знижують вогнетривкість спеченого матеріалу. Для виготовлення вогнетривів форстерит. типу використовують магнезіально-силікатну сировину: олівінити, дуніти, серпентиніти, тальк і талькомагнезити. Розрізняють олівінити (містять 75–98 % олівіну), дуніти (60–75 %), дуніто-серпентити (40–60 %), серпентиніто-дуніти (20–40 %). Коли вміст серпентину в породі переважає (має вогнетривкість в межах 1550–1600 °С) відбувається перехід породи в ін. вид форстерит. сировини — серпентиніти, в яких вміст олівіну не перевищує 20 %. Тальк і тальк. камінь також відносять до гідросилікатів магнію, вогнетривкість чистих порід становить 1500–1550 °С. Найкращою сировиною для виробництва форстерит. вогнетривів є олівініти. Для виготовлення вогнетрив. виробів магнезіально-силікатну сировину попередньо випалюють при т-рі 1450 °С, а в склад шихти додатково вводять у певній кількості спечену магнезію (периклаз) для утворення форстериту. Хроміт. рудою називають гірську породу, що містить переважно хромшпінеліди. У вогнетрив. промисловості використовують хроміт. руди, що містять понад 35 % (і понад 45 %) Cr₂O₃ та мін. кількість домішок кальциту, хлориту, кремній- і залізовмісних мінералів. Розділяють явно- (або сріблясті) та прихованокристалічні (або аморфні) графіти. До перших відносять лускаті та щільнокристалічні натурал. графіти, а також домен. графіт; до других — багато натурал. графітів і штуч. графіт. Для виробництва вуглецевміс. вогнетривів використовують прихованокристаліч., а також лускатий графіт, що має 3 різновиди: крупно- (шир. лусочок у межах 0,5–0,01 см), дрібнолускатий (0,01–0,0001 см), шаруватокристалічний (щільно складений з кристалів, що знаходяться в одній площині). Якість графіту визначається вмістом вуглецю та розміром лусочок. При виборі виду графіту для виготовлення вогнетривів враховують: особливості умов експлуатації вуглецевміс. вогнетривів; хім. склад графіту (вміст домішок і їхній склад), щільність, розмір часток (гранулометрич. склад), зольність.

У ливар. виробництві для виготовлення ливар. форм і стрижнів використовують формувал. суміші, що складаються з осн. вогнетрив. компонента — кварц. піску та глини. Формувал. піски є незцементов. гірськими породами, що складаються з часток розміром 0,05–2,5 мм і містять до 50 % часток дрібніших 0,022 мм (глиниста складова), а також мають властивості, що дозволяють виготовляти формувал. суміші. Залежно від масової частки глинистої складової (часток глинистих матеріалів і уламків зерен кварцу та ін. мінералів розміром менше 0,02 мм) формувал. піски поділяють на кварц. (К), пісні (П) та жирні (Ж). Окремо кварц. і пісні формувал. піски поділяють ще й на групи залежно від масової частки глинистої складової, діоксиду кремнію, коефіцієнта однорідності та серед. розміру зерен, форми зерен і теор. питомої поверхні; жирні — залежно від межі міцності при стиску у вологому стані та серед. розміру зерен. Масова частка ді­оксиду кремнію в сировині різних груп складає не менше 93–99 % для кварц. пісків і не менше 90–96 % для пісних пісків. Кварц. піски містять до 2,0 % глинистої складової, жирні — 12–50 %. Придатність пісків для формувал. сумішей визначається вимогами до вмісту вологи, концентрації водневих іонів (рН) витяжки, масової частки шкідливих домішок — оксидів лужних і лужноземел. металів (Na₂O, K₂O, CaO, MgO), оксидів заліза (Fe₂O₃), сірки. Залежно від виду сплаву (сталь, чавун, кольор. метали) та температури його плавлення використовують вогнетривкі формувал. матеріали з вогнетривкістю 1580–1700 °С і жаростійкі матеріали з т-рою плавлення 800–1580 °С. Під час виготовлення крупних чавун. і сталевих виливків замість кварц. пісків вживають вогнетривкі та хімічно інертні природні матеріали: хроміт, олівініт, циркон та ін. Формувал. глини — вогнетривкі глини каолініт. і каолініто-гідрослюдистого складу та бентонітові глини, що застосовують як мінерал. в’яжучі у формувал. і стрижневих сумішах у вигляді комових глин з кар’єр. вологістю та порошкоподіб. глин — продуктів перероблення природ. сировини методом сушіння та тонкого подрібнення. До осн. класифікацій. ознак вогнетрив. формувал. глин відносять хім. і фіз. показники: масова частка оксидів алюмінію і заліза (Al₂O₃ — не менше 23 %, Fe₂O₃ — не більше 4,5 %); втрати маси при прожарюванні (не більше 18 %); колоїдність (не менше 8 %) та концентрація обмін. катіонів; межа міцності при стисканні; гранулометрич. склад. За мінерал. складом виділяють 3 типи бентоніт. глин: монтморилоніт., бейделіт-монтморилоніт., монтморилоніт-бейделітові. Для формувал. сумішей придатні бейделіт-монтморилоніт. бентоніти. Бентоніт. глини вирізняються високою в’яз­кістю, колоїд., хорошими адсорбц., каталітич., іонообмін. та емульгуючими властивостями. Їх відносять до легкоплав. глин з вогнетривкістю менше 1350 °С. Формувал. бентоніт. глини класифікують за масовою часткою монтморилоніту, карбонатів, сульфіт. сірки, оксиду заліза; концентрацією обмін. катіонів, колоїдальністю, водопоглинанням; границею міцності при стисканні та при розриванні в зоні конденсації вологи, терміч. стійкістю. Див. також Неметалічні корисні копалини, Металургія кольорових металів і Металургія чорних металів.

Завантажити статтю