Лекция 2. Специфика металлургического производства.

Металлургия – одна из ведущих отраслей промышленности, определяющих темпы развития и технический прогресс народного хозяйства. В настоящее время из минерального сырья, перерабатываемого предприятиями, извлекается до ²/₃ элементов, представлен­ных в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Руды цветных и редких металлов имеют низкое содержание ценных компонен­тов. Отсюда ясно, что в процессе производства цветных металлов добы­вают и перерабатывают значительный объем горной массы, что требует больших затрат труда и материальных средств. Если для выплавки 1 т чугуна нужно добыть 3-4 т руды, то, например, для получения 1 т меди необходимо переработать 120-150 т, а для получения 1 т олова, молибдена или вольфрама 1700—2500 т руды.

При современном техническом уровне обогащения рудного сырья и больших объемах производства стала рентабельной добыча и перера­ботка сравнительно бедных руд сложного состава, содержащих два и более металла.

На обогатительную фабрику руда поступает в виде кусков различ­ных размеров. Наибольшие куски руды, поступившие из рудников под­земной добычи, достигают 300-600 мм, а из рудников открытой добы­чи - до 1500 мм. Чтобы выделить полезный продукт, эти куски подвергают многократному дроблению до мельчайших частиц размером 74мкм и менее. Только таким способом пока можно отделить окропления рудно­го вещества от пустой породы, осуществить процесс обогащения и полу­чить концентрат, пригодный для эффективной переработки в металлур­гических цехах. На заводы тяжелых цветных металлов обычно посту­пают концентраты, содержащие от 20 до 50% металла.

Обогащение руды выполняется в водной среде (мокрые процессы). Для этого требуется большой расход воды (4-5 м³ на 1 т руды). По­этому обогатительные фабрики размещают в местности, где есть запа­сы воды. В случае расположения фабрики в непосредственной близости к подземному руднику создается возможность доставлять на фабрику (при помощи подъемной шахтной установки) руду, прошедшую пер­вичное дробление под землей, а отходы обогащения (хвосты, пески) направить в подземные выработки для заполнения, выработанного про­странства. Для создания необходимого перепада высоты руду сразу под­нимают как можно выше (иногда до 85 м), чтобы потом она перемещалась по следующим ступеням дробления самотеком.

Если местность имеет естественный уклон 10—25°, фабрику воздви­гают на склоне и оборудование устанавливают ступенями (каскадами). Использование самотечного перемещения материалов (руды, концент­ратов, промежуточных продуктов, пульп) позволяет упростить гидро­транспорт, уменьшить количество насосов, достигающее на некоторых фабриках 400—500 ед.

В случае раздельного размещения (т.е. на разных промплощадках) рудника и фабрики для транспортирования руды используют автомаши­ны, железнодорожные вагоны, подвесные канатные дороги, ленточные конвейеры.

Иногда бывает экономически выгодно перекачивать концентрат с обогатительной фабрики на завод по трубопроводу (имеются такие трубопроводы длиной до 30 км), а обезвоживание и сушку концентрата выполнять на заводе.

На дальние расстояния концентрат перевозят по железной дороге в специальных контейнерах, чтобы предотвратить его потери при транспортировании и перегрузке.

Руды цветных металлов содержат обычно два металла и более.

Современные технология обогащения и технологическое оборудование дают возможность эффективно получать из сложных руд несколько концентратов (свинцовый, цинковый, медный, никелевый, пиритный и др.) с вы­соким коэффициентом извлечения металла. Внедрение новых прогрессивных процессов в металлургии позволяет более полно использовать сырье за счет извлечения металлов, в том числе редких и рассеянных (индий, иттрий, тантал и др.) из пром.продуктов, шлака, металлургической пыли и газов. Многообразие технологических процессов и операций, особенно на металлургических заводах, где производство почти каждого металла осуществляется по специфической технологии, обусловливает примене­ние многочисленного и разнообразного технологического оборудования: печей, машин, аппаратов и механизмов. На предприятиях отрасли считывается свыше 400 видов и несколько тысяч типоразмеров механического и технологического оборудования, различного по сроку службы и конструктивному исполнению. В настоящем учебнике рассмотрены только некоторые виды важнейшего технологического оборудования.

Современная обогатительная фабрика является высокомеханизиро­ванным предприятием с большим числом одновременно действующих машин и механизмов. Все технологическое оборудование на фабрике - от машин крупного дробления до устройств выдачи конечной продукции (концентрата) - связано конвейерами и гидротранспортом в единую механизированную систему, механотехнологическую цепь. Каждое зве­но этой цепи должно обеспечивать длительную непрерывную работу, так как неполадки в оборудовании нарушают технологический процесс, приводят к снижению извлечения металла из руды и тем самым к увели­чению его потерь.

Металлургия располагает крупными фабриками про­изводительностью 30-60 тыс. т. в сутки и выше, оснащенными высоко­производительным оборудованием.

Обогатительные фабрики имеют в основном типовые и стандартизи­рованные машины, дробилки, мельницы и др., используемые также на обогатительных фабриках черной металлургии и в горно-химической промышленности. Специфическим является только оборудование, в ко­тором осуществляются процессы обогащения: флотационные, отсадоч­ные машины, сепараторы и пр.

Эти устройства подвергаются интенсивному абразивному и гидроаб­разивному износу в результате взаимодействия с частицами руды, не­редко имеющими твердость 14-20 ед. по шкале Протодьяконов, близ­кую к твердости алмаза.

На металлургических заводах применяют преимущественно индиви­дуальное оборудование единичного изготовления, разрабатываемое от­раслевыми проектными исследовательскими институтами и конструк­торскими организациями применительно к технологическим процессам, для которых оно предназначено. На пирометаллургических заводах, где металлургическое сырье обрабатывают при высоких температурах, т.е. огневым способом (в отражательных, шахтных, шлаковозгоночных, рудоплавильных, обжиговых печах, в кипящем слое и др.), оборудование подвергается разрушающему воздействию расплавов и горячих газов (до 1400-1500°).

Агрегаты и аппараты гидрометаллургических цехов и заводов под­вергаются также активному воздействию агрессивных сред (суспензий, растворов), содержащих серную кислоту. В некоторых технологических переделах агрессивное разъедание сочетается с гидроабразивным изно­сом рабочих органов (мешалки, фильтры, насосы и др.).

Характерной особенностью основного оборудования обогатительных фабрик являются большие размеры и масса, сравнительная простота конструкции рудоразмольных мельниц, усреднителей, сгустителей и др., вслед­ствие чего это оборудование ремонтируется на месте.

Эксплуатация оборудования, работающего в условиях непрерывного технологического процесса, предъявляет высокие требования к его кон­струкции и качеству изготовления. Наряду с общими требованиями (большие удельная производительность и к.п.д.), возможно меньшая масса, малое число простых в изготовлении и надежных в работе дета­лей, простота в обслуживании, ремонте и управлении, особо важное зна­чение имеют эксплуатационная надежность оборудования, герметич­ность корпусов и соединений, а также безопасность обслуживания.

Под эксплуатационной надежностью подразумевается максимально возможная долговечность оборудования и особенно тех его частей, ко­торые находятся в непосредственном контакте с перерабатываемым или транспортируемым материалом.

Модернизация оборудования является одним из основных резервов производства, его интенсификации и повышения производительности труда. Обновление оборудования осуществляется двумя путями: заме­ной физически и морально изношенных машин и оборудования и совершенствованием машин и механизмов, действующих в ходе ремонтов (ремонтная модернизация).

Литература: 3осн. [8-13]; 4осн. [15-34]; 5осн. [9-11]

Контрольные вопросы:

1. В какой среде обычно производится обогащение руд?

2. Перечислите стадии производства металла.

3. В каких условиях работает механическое оборудование в металлургии.

4. В каком виде руда поступает на обогатительные фабрики?

5. Что понимается под эксплуатационной надежностью?