Основы Специальности_Лекции 1-15


Дисциплина: Основы специальности
Кафедра: ТМиО


Лекция 1. Общие сведения о металлургическом производстве
Казахстана
Металлургическое производство в Республике Казахстан является основой экономики. В последние годы доля черной и цветной металлургии в общем объеме промышленного производства составляет более 10%.
Металлургическое производство в Казахстане расположено по всей территории Республики. Черная металлургия представлена Карагандинским металлургическим комбинатом, рудной базой которого являются железорудные месторождения Костанайской области (Соколовское и Лисаковское), Карагандинской (Атасу, Каражал), уголь Карагандинского бассейна. К черной металлургии можно также отнести производство чугуна и стали на всех машиностроительных заводах Республики, а также небольшие производства стального сортового проката в г. Краганда и г. Павлодаре.
Производство меди представлено объединением «Казахмыс», в которое входят Жезказганский комбинат, Балхашский комбинат, Иртышский медеплавильный завод (пос. Глубокое, ВКО).
Производство свинца находится в Чимкенте (ЧСЗ), Усть-Каменогорске (УКСЦК), Лениногорске.
Производство цинка имеется в Усть-Каменогорске (УКСЦК), Лениногорске, Балхаше.
Производство магния и титана сосредоточено в Усть-Каменогорске на титано-магниевом комбинате (УК ТМК).
В г. Павлодаре находится Павлодарский алюминиевый завод (ПАЗ), который в настоящее время выпускает только оксид алюминия, который отправляет, в основном, на Красноярский алюминиевый комбинат.
В Казахстане находятся мощные производства ферросплавов – Актюбинский ферросплавный завод (г. Актюбинск) и Аксуйский ферросплавный завод (г.Аксу, Павлодарской обл.).
В Казахстане достаточно серьезно развито производство легкоплавких, редких, редкоземельных и драгоценных металлов. Производство редких металлов находится практически на всех крупных металлургических предприятиях, так как эти металлы извлекаются совместно с основными и их извлечение является частью общего технологического процесса. На предприятиях Республики налажено производство рения, осмия, кадмия, таллия, индия, галлия, лантаноидов и иттрия, ниобия, тантала, бериллия. Кроме того имеется производство молибденового концентрата (г. Балхаш), хромовых солей (г. Актюбинск).
Золото и серебро получают как на крупных металлургических комбинатах, так и на специализированных, расположенных по всей территории Республики.
Особое место в металлургическом производстве Казахстана занимает добыча урана. В годы СССР в этой отрасли было занято по Республики до 70 000 человек. В настоящее время Казахстан вышел на третье место в мире по добыче урана и по планам ЗАО «Казатомпром» к 2015 г. выйдет на первое место в мире. Добыча урана сосредоточена, в основном, в Кзылординской и Южно-Казахстанской областях, а его получение – на Ульбинском металлургическом заводе в г. Усть-Каменогорске.
Металлургическое производство Казахстана исторически сложилось в рамках Советского Союза и входило в единый производственный комплекс. Многие конечные технологические процессы проводили ранее на заводах за пределами Республики. Металл поставляли в виде чушек на заводы, располагавшиеся вне Казахстана, а затем там изготавливали необходимые сплавы, доводили металл до необходимого качества, изготавливали из него готовую продукцию более ценного вида (листы, трубы, прутки и т.д.). Так, до настоящего времени в Республике отсутствует производство металлического алюминия, титан получают только в виде титановой губки, отсутствует производство качественных сталей и т.д.
Конечной продукцией основных металлургических производств Республики является плоский прокат – стальной лист и жесть на ИСПАТ– Кармет (Темиртау); небольшое количество сортового проката; катанка, лист, полосы и ленты из медных сплавов на ЗАО «БЗОЦМ» (Балхаш), медная катанка - на АО «Казахмыс»(Жезказган).
В условиях современной мировой рыночной экономики главными факторами конкурентоспособности являются стоимость и качество готовой продукции. В этой связи в первую очередь встает вопрос о том, каким образом можно получить дешевый металл достаточного качества.
Литература: 1 доп. [5,6 ], 2 доп. [5-12].
Контрольные вопросы
1. Каким предприятием представлена черная металлургия в Казахстане?
2. Какой удельный вес металлургии в экономике Казахстана?
3. Какие металлы производят в Казахстане?
4. Где расположены производства стали и меди?
5. Добыча какого металла занимает особое место в металлургии Казахстана?

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 17002500 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 1025°, 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 400500 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?

Лекция 3. Механическое оборудование предприятий черной
металлургии.
Первенцем черной металлургии Республики был Казахский металлургический завод в г. Темиртау. В сентябре 1944 года начал действовать литейный цех. 31 декабря 1944 года была пущена мартеновская печь. Этот день считается началом Казахстанской металлургии.
В состав Казахского металлургического завода первоначально входили три мартеновских печи емкостью по 3 5 т стали и три прокатных стана - два сортовых (среднесортный 400 и мелкосортный 280) и один листовой - 950. Впоследствии этот завод вошел в состав Карагандинского металлургического комбината в качестве сортопрокатного производства.
Из-за нерентабельной сифонной разливки стали и необходимости использования малых по объему и производительности мартеновских печей фирма Испат- Кармет, пришедшая к управлению Карагандинским металлургическим комбинатом в 1995 г., отказалась от производства сортового проката. В 1996 году старые мартеновские печи и сортовые станы 280 и 400 были демонтированы.
Строительство Карагандинского металлургического комбината было начато в 1955 г., а основные цеха построены, в основном, в 60-е годы. Комбинат предназначен для производства горячекатаного и холоднокатаного стального листа, жести с покрытием и без покрытия с общей проектной мощностью 6,3 млн. тонн. Датой рождения комбината считается день пуска доменной печи №1 объемом 1513 м3 -3, июля 1960 г. Комбинат многократно перекрывал потребности Казахстана в листовой стали и жести.
Карагандинский металлургический комбинат представлял собой металлургическое производство с полным циклом, включающим в себя рудную базу, агломерацию, коксохимию, доменный цех с четырьмя доменными печами, мартеновское и конверторное производство стали, группу прокатных цехов. Кроме того, в составе комбината находится масса вспомогательных производств, таких как две ТЭЦ, производство извести, переработка шлаков и т.д. Особенностью технологии производства стали на Карагандинском металлургическом комбинате является ведение процесса по двум параллельным технологиям: с высокофосфористыми рудами, поступавшими из Лисаковского месторождения, и бесфосфорной технологией с использованием, в основном, руд Атасуйского месторождения.
После развала Союза потребность в листовом прокате в странах СНГ резко упала, что сказалось на положении данного предприятия, находившегося в 93-95 годах на грани остановки. Поэтому Кармет комбинат был преобразован в ОАО «Испат-Кармет».
ОАО «Испат-Кармет» - предприятие с полным металлургическим циклом традиционною построения с получением чугуна в доменных печах, с отливкой крупных слитков (ВОР) Производительность по установленным мощностям составляет до 6,3 млн.т стали в год. Предприятие имеет развитую инфраструктуру и работает на сырье Республики Казахстан - железная руда, уголь, электроэнергия.
Структурно ОАО «Испат-Кармет» включает в себя:
рудный департамент, в который входят ТОО «Оркен» (Лисаковский ГОК), ТОО «Оркен» (Атасуруда), ТОО «Оркен» (Тогайкентобе), АО «Жайремский ГОК», РУ Атансор», обеспечившие в 2002 г. поставку 4,25 млн. т руды (60,16% от общего объема);
угольный департамент в составе 15 шахт, промышленного комплекса, включающего ряд предприятий, обеспечивающих обслуживание основного производства, углеобогатительную фабрику с проектной производственной мощностью 6 млн. т угля в год;
- стальной департамент, в который входят все подразделения бывшего Карагандинского металлургического комбината.
Объем производства Испат-Кармет в 2002 г. составил 4 млн. тонн, что перекрывает потребности Республики в листе и жести в десятки раз. В то же время, в Казахстане имеется дефицит порядка 1,2 млн. тонн в сортовом прокате, 300 тыс. тонн в высококачественных легированных сталях.
Проблема дефицита сортовой прокатной продукции в республике до настоящего времени решается путем приобретения необходимого объема металла в России и на Украине.
Современное металлургическое предприятие с полным циклом, включает все основные металлургические производства: доменное, сталеплавильное и прокатное. Готовая продукция выпускается в виде проката (листовых и сортовых профилей, труб и профилей специального назначения), а также полуфабрикатов (твердого чугуна в чушках, стальных слитков, непрерывнолитых или катаных заготовок). Полуфабрикаты направляются на заводы, не имеющие полного цикла переделов.
Структура и технологический процесс агломерационных фабрик
Агломерацией называется термический процесс окускования измельченных материалов, являющихся железосодержащей частью шихты, путем их спекания с целью придания свойств, необходимых для доменной плавки. Способ агломерации основан на горении топлива в слое спекающегося материала при непрерывном просасывании через него воздуха.
Основными компонентами агломерационной шихты являются: железорудный концентрат, мелкая сырая железная руда крупностью менее 10 мм, колошниковая пыль, возврат (побочный продукт предыдущих спеканий крупностью менее 10 мм (в количестве 15-25 % от массы шихты); флюсы -известняк фракции менее 3 мм и топливо - кокс фракции менее 3 мм (в количестве 4-6 % от массы шихты); в состав агломерационной шихты входят 7-9 % (от массы шихты) влаги.
Перед спеканием шихту смешивают, увлажняют и окомковывают во вращающихся барабанах, в результате чего из пылеватого материала образуются влажные комочки размером 0,5-5 мм, при этом слой шихты становится газопроницаемым, что благоприятно сказывается на процессе спекания.
Агломерационная фабрика состоит из следующих основных подразделений: отделения приемных бункеров, склада шихтовых материалов, корпуса дробления известняка, корпуса измельчения топлива, смесительного отделения, обжигательного корпуса, отделения охлаждения и сортировки агломерата. Транспортная связь между отделениями и отдельными машинами и агрегатами фабрики осуществляется в основном ленточными конвейерами.
При расположении агломерационной фабрики непосредственно на металлургическом предприятии имеется возможность использовать склад доменного цеха, а при производстве агломерата побочные продукты и отходы металлургического производства: колошниковую пыль, отсев агломерата и окатышей, окалину, мелкий кокс (получаемый при его сортировке в доменных и коксохимических цехах). Отпадает также необходимость в транспортировке этих материалов. В качестве топлива для зажигания шихты можно использовать доменные и коксовые газы.
Доменный цех
В состав современного доменного цеха входят несколько печей, отделение приемных бункеров (бункерную эстакаду), систему подачи шихты к загрузочному устройству печи (скиповую яму и подъемник с машинным зданием либо наклонный ленточный конвейер), литейный двор, воздухонагреватели с воздухопроводами, систему газоочистки, отделение разливки чугуна, склад холодного чугуна, системы придоменной грануляции шлака, а также отделения приготовления огнеупорных масс и ремонта чугуновозных ковшей и воздуходувную станцию.
В процессе работы доменной печи необходимо обеспечивать требуемое соотношение основных компонентов доменной плавки. Так, например, для доменной печи производительностью 5000 т чугуна в сутки состав шихты рассчитан, исходя из 10000 т агломерата и окатышей и около 2500 т кокса. Для введения плавки в печь поступает 5000 м3/мин горячего дутья и 200-400 м3/мин природного газа. Кроме того, вместе с холодным воздухом в воздухонагреватель вдувается около 300 м3/мин кислорода. При этом производится около 2500 т шлака в сутки и около 8000 м3 /мин доменного газа.
Конвертерный цех
В состав конвертеров цеха входит главный (конвертерный) корпус и ряд отделении тесно связанных с ним единым технологическим процессом. К ним относится отделения: перелива чугуна (миксерное), шихтовое, разливочное, шлаковое и дымососное. Кроме этого цех обслуживает вспомогательное отделение – раздевания слитков, охлаждения, чистки и смазки изложниц и подготовки составов.
Машины и агрегаты электросталеплавильных цехов
В связи с тем, что основным способом выплавки стали является кислородно-конвертерный, потребляющий меньшее количество лома по сравнению с мартеновским, возникли предпосылки для более быстрого развития электросталеплавильного производства, работающего на твердой шихте. Вторая важная причина развития выплавки стали в электропечах - все возрастающая потребность в легированных сталях и чистом металле из металлизированных окатышей. Развитие электросталеплавильного способа производства стали будет идти параллельно с кислородно-конвертерным.
Прокатный цех.
Прокатным станом называется комплекс машин и агрегатов, предназначенных для осуществления пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), дальнейшей его обработки (правки, резки и пр.) и транспортирования.
В головном прокатном цехе металлургического завода устанавливают блюминг (или слябинг) мощный обжимной стан, через который пропускается вся продукция (все слитки) сталеплавильного цеха.
Перед прокаткой на блюминге слитки подогревают в вертикальных отапливаемых газом камерах, называемых нагревательными колодцами. Число таких нагревательных колодцев в цехе блюминга достигает 32-48 (8-12 групп по 2-4 камеры в каждой); в каждом из них одновременно находятся 8-14 слитков массой от 8 до 25 т.
Прокатка слитков осуществляется в несколько пропусков. Продолжительность прокатки одного слитка на блюминге (слябинге) составляет 40-90 с. Полученные из слитков черновые заготовки разрезают мощными ножницами (усилие резания 10-20 МП (1000-2000 тс) на мерные длины и транспортируют для дальнейшей прокатки на установленные за блюмингом прокатные станы: рельсобалочные непрерывные заготовочные. Заготовка, получаемая на непрерывном заготовочном стане, поступает далее для прокатки на станы, выпускающие готовую продукцию: крупносортные, сред несортные, мелкосортные проволочные и узкополосовые (штрипсовые).
В том случае, когда в первом прокатном цехе завода установлен не блюминг, а слябинг, получаемые слябы поступают на толстолистовой стан или на непрерывный широкополосный стан, служащий для выпуска горячекатаных тонких листов или полосы в рулонах. Часть их проходит затем холодную прокатку.
Сортамент прокатных станов
Сортаментом прокатного стана называется совокупность профилей (по форме поперечного сечения), которые можно получить в результате прокатки на данном стане. Сортамент прокатываемого на различных станах металла состоит из трех основных групп, (рисунок 1)
а) сортовой прокат (простые профили: круг, квадрат, узкая полоса; фасонные профили: угловые, тавровые, балки, швеллеры, рельсы; специальные профили: обод автоколеса, шпунты, лопатки турбин и т.д.);
б) листовой прокат (лист тонкий, толстый, броневые плиты, универсальная широкополосная сталь);
в) трубы (бесшовные и сварные, круглые, овальные, ступенчатые, конические).

1- круг; 2 - квадрат; 3 шестигранник; 4 - полоса; 5 - лист; 6 - рессора; 7 - сегментная сталь; 8-овальная сталь; 9 - сталь техгранная; 10 - уголки равнобокие и неравнобокие; 11 - тавровая балка; 12 - швеллер; 13 - двутавровая балка; 14 - рельс; 15 - накладки для рельсов; 16 - подкладка для рельсов; 17 - автообод; 18 - боротовое кольцо; 19 -оконнорамный профиль; 20 - зетовый профиль; 21- шпунт; 22 - лемех; 23 - шпора тракторная; 24 - башмак гусеницы трактора; 25 - бандаж колесный; 26 - труба; 27 – колесо
Рисунок 1 - Сортамент проката

Литература: 4 осн. [15-105], 4 осн. [235-260], 3 доп. [5-10]
Контрольные вопросы:
Как развивалось черная металлургия Казахстана?
Какие основные отделения входит в состав агломерационной фабрики.
Для чего применяется доменная печь?
Какие электросталеплавильные агрегаты существуют?
Какие профили прокатываются на прокатных станах?

Лекция 4. Механическое оборудование предприятий цветной
металлургии.
Современное предприятие цветной металлургии представляет собой более или менее большой сложный комплекс технологического оборудования и оборудования общего применения: машин и механизмов для транспортирования материалов, теплоэнергетического и электротехнического, металлорежущего, кузнечно-прессового оборудования и др. При современной технологии обогащения рудного сырья и громадном объеме производства стало рентабельным добывать и перерабатывать сравнительно бедные руды с низким содержанием в них металлов. Содержание в руде меди, никеля и свинца составляет в среднем около 1%, а олова, вольфрама и молибдена десятые и даже сотые доли процента. Поэтому производство цветных металлов связано с большими затратами труда и средств. Если для получения 1 т чугуна требуется переработать 3-4 т руды, то для получения 1 т меди надо переработать на обогатительной фабрике 120-150 т руды, а для выплавки 1 т олова или вольфрама - 1700-2500 т руды. Для экономичной, эффективной металлургической обработки требуется подать на медный металлургический завод концентрат, содержащий 20-40% металла, а на свинцово-цинковые заводы - 50% и более.
На обогатительную фабрику руда поступает в виде кусков различной формы и размеров: наибольшие размеры кусков, поступающих от рудников подземной добычи, достигают 300-600 мм, а от рудников открытой добычи, где применяются мощные экскаваторы с ковшами емкостью от 4,6 до 12 м3, достигают 1,5 м.
Чтобы получить металл, эти огромные куски подвергают многократному раздрабливанию и измельчению до мельчайших зернышек (пылинок) размерами 74 мкм (микронов) и менее. Только таким способом пока можно вскрыть тонковкрапленные минералы, отделить их от пустой породы и получить необходимые концентраты, пригодные, для металлургической переработки.
Руды цветных металлов содержат обычно два и более металлов, а также серу. При обогащении таких руд получают, как правило, несколько концентратов: свинцовый, цинковый, медный, никелевый и пиритный. Совершенствование процесса обогащения и обогатительного оборудования дает возможность экономично перерабатывать эти сложные по составу и бедные по содержанию металла руды.
Отечественная цветная металлургия располагает многими крупными обогатительными фабриками мощностью 30-60 тыс. т руды в сутки. Современная обогатительная фабрика представляет собой высокомеханизированное предприятие с большим числом параллельно действующих машин и механизмов. Все технологические процессы на фабрике, начиная от крупного дробления и кончая выдачей конечной продукции - концентрата, связаны конвейерами и гидротранспортом в единую механизированную систему. Комплекс технологического оборудования и транспортирующих машин и механизмов, связанных технологической цепью, должен обеспечить длительную устойчивость и непрерывность процесса. Иначе невозможна нормальная работа обогатительной фабрики, так как остановки оборудования нарушают технологический процесс, приводят к снижению степени извлечения металла из руды и тем самым увеличению потерь его отходами производства (с хвостами, песками).
Процессы обогащения руды осуществляются в водной среде (мокрые процессы). Расход воды составляет 4-5 м3 на 1 т перерабатываемой руды. Поэтому обогатительную фабрику располагают в местности, богатой водными ресурсами, и по возможности рядом с рудником. Такое расположение позволяет проводить первичное крупное дробление под землей и направлять на фабрику дробленую руду а отходы - хвосты направлять на рудник для закладки выработанного пространства. При рельефе местности с уклоном 10-25° фабрику размещают на склоне. В этом случае оборудование устанавливают ступенями (каскадно) в соответствии с последовательностью технологического процесса, что позволяет использовать самотечное (наиболее экономичное) перемещение материалов: руды, пульпы концентратов Особенно упрощается в этом случае насосное хозяйство фабрики (на крупных фабриках число насосов составляет 400-500).
Цветная металлургия - сложная, многоотраслевая промышленность. Большое число технологических процессов, т.е. для каждого получаемого металла применяется практически своя технология, что обусловливает многообразие технологического оборудования. В настоящее время в цветной металлургии насчитывается свыше 500 видов технологического оборудования, включающих несколько тысяч типоразмеров (от современных высокопроизводительных агрегатов до оборудования выпуска довоенных лет) и различное конструктивное исполнение.
Машины и аппараты обогатительных фабрик - преимущественно типовые, стандартизированные (дробилки, мельницы, классификаторы и др.), такие же как и на фабриках других отраслей промышленности: черной металлургии, горнохимической промышленности и др. Различаются машины, в которых осуществляются процессы обогащения: флотационные агрегаты, сепараторы, концентрационные столы, отсадочные машины и др.
Большое разнообразие технологических процессов на предприятиях цветной металлургии обусловливает транспортировку твердых и жидких материалов с различными физическими свойствами: дробленную руду, рудные концентраты, шихтовые материалы для металлургических переделов (известняк, кварц, кокс и др.), продукты металлургических процессов (огарок, агломерат, жидкие металлы и штейны и пр.), различные суспензии - пульпы (жидкости, содержащие твердые частицы) и растворы металлов в кислотной среде.
Технологические переделы (крупное, среднее и мелкое дробление руды) связаны между собой транспортирующими машинами непрерывного действия, наиболее рациональными при перемещении больших масс руды, достигающих 3-6 тыс. т в час. Кроме ленточных конвейеров, к машинам непрерывного транспорта относятся пластинчатые, скребковые, винтовые и вибрационные конвейеры, а также элеваторы и гидро- и пневмотранспорт.
Дробилки
Дроблением называют технологический процесс разделения твердых материалов на части. В процессе дробления под действием дробящей силы преодолеваются внутренние силы сцепления частиц и образуются новые поверхности в дробленном материале.
В зависимости от принципа действия и конструкции дробильные машины делятся следующим образом:
1) щековые дробилки, в которых материал дробится в рабочем пространстве, между двумя наклонно расположенными плитами (щеками); в этом случае раздавливание сочетается с раскалыванием и изгибом;
2) конусные дробилки, в которых дробление материала происходит в дробящем пространстве между двумя усеченными конусами в результате раздавливания, раскалывания и излома кусков с частичным истиранием дробимого материала;
3) валковые дробилки, в которых материал дробится в рабочем пространстве между двумя вращающимися валками; дробление происходит раздавливанием с частичным «истиранием (гладкие валки) и раскалыванием (зубчатые валки);
4) дробилки ударного действия, в которых материал дробится под ударами быстро вращающихся рабочих частей по свободно падающим кускам материал;
5) мельницы, в которых происходит мелкое дробление - измельчение дробящими металлическими телами или кусками горной породы внутри рабочего пространства.
Грохоты
Грохочение - технологический процесс разделения твердых частиц по классам крупности, а также отделения твердой фазы от жидкой просеиванием через подвижную или неподвижную просеивающую поверхность. Машины и устройства, служащие для грохочения (просеивания), называют грохотами.
При грохочении полезных ископаемых применяют грохоты различных конструкции, которые можно классифицировать следующим образом: неподвижные и подвижные; по форме просеивающей поверхности грохоты - плоские, дуговые, цилиндрические и конические. Наибольшее применение в цветной металлургии нашли плоские грохоты, которые бывают горизонтальными и наклонными, неподвижными и подвижными.
Классификаторы
Процесс классификации представляет собой разделение мелкозернистых материалов крупностью не более 8-10 мм на две фракции: тонкую (слив) и крупную (пески). Классификация осуществляется в восходящей струе водяной среды. Наиболее широкое распространение классификация получила на обогатительных фабриках для отделения готового продукта, вышедшего из мельницы, от недоизмельченного материала. Машины и аппараты, в которых происходит классификация материалов, называются классификаторами.
Классификаторы в зависимости от конструкции рабочего органа делятся на реечные, чашевые и спиральные.
Мельницы
Измельчением материалов завершается подготовка руды для флотационного и гравитационного обогащения.
К основным типам мельниц относятся: барабанные, вибрационные, струйные, кольцевые, бегуны и др.
В качестве измельчающих тел (среды) служат металлические шары, стержни, окатаная галька или крупные куски измельчаемого материала (руды). В зависимости от этого мельницы разделяют на шаровые, стержневые, рудно-галечные и самоизмельчения.
По форме барабана мельницы бывают цилиндрические, цилиндро- конические и конические. Цилиндрические мельницы в свою очередь разделяются на короткие и длинные или трубные.
Мельницы, измельчающие руду на обогатительных фабриках, работают исключительно в условиях мокрого измельчения, вместе с рудой поступает в барабан и вода, примерно 25-60% от массы измельчаемой руды.
Машины для обогащения руд
Процесс обогащения руд основан на использовании различий физических, минералогических и физико-химических свойств минералов (крупности, плотности, формы, коэффициентов трения, смачиваемости, магнитной проницаемости, электропроводности и др.).
Применяют несколько методов обогащения руд: ручное или рудоразборка, по крупности и по форме минералов, гравитационные способы, флотацию, а также магнитные и электрические методы обогащения. При выборе рационального способа обогащения первостепенное значение имеет характер вкрапленности минералов в рудной массе. Очень крупные включения минералов (размером свыше 20 мм) хорошо отделяются от пустых пород рудоразборкой, промывкой или магнитным обогащением. Включения минералов размером 2-20 мм отделяют методами гравитации и магнитной сепарации. Руды с включениями минералов крупностью от 0,2 до 2 мм обогащают обычно методами гравитации, магнитной и электрической сепарации. Руды с тонким включением минералов (размером 74-200 мкм) обогащаются методом флотации.
Сгустители
Сгущением называют технологический процесс отделения твердых частиц от жидкости, широко применяемый в различных отраслях промышленности. Сгущению подвергают все концентраты обогатительных фабрик. Процесс сгущения является первой стадией обезвоживания концентратов, поступающих из передела обогащения.
По расположению приводного механизма сгустители могут быть с центральным приводом и боковым (периферийным) приводом.
Сгустители изготавливаются с внутренними диаметрами от 6 до 70 м, высота от 2,2 до 7 м.
Сгуститель имеет чан деревянной конструкции, рассчитанной на работу в условиях агрессивных пульп. Перегребное устройство закреплено жестко на вертикальном валу и состоит из четырех граблин, несущих четыре гребка криволинейной формы. Граблины установлены под углом 5-12° к горизонту, их регулируют в небольших пределах растяжками.
Приводной механизм состоит из зубчатой конической передачи, редуктора и электродвигателя, расположенного на стальной раме с отдельно стоящими колоннами.
Сгуститель загружается пульпой через загрузочную воронку, внутри которой имеется решетка, предохраняющая аппарат от попадания в него случайных предметов (щепы, тряпок и др.). На гидрометаллургических заводах для этой цели устанавливают перед сгустителями специальные резервуары-шпицкастены емкостью 4-5 м3.
Осевший сгущенный материал непрерывно перегребается и перемещается гребками к разгрузочной воронке, из которой сгущенный материал подается насосами или поступает самотеком на вторую стадию обезвоживания в фильтровальную установку (концентраты влажностью примерно 50%), а кеки гидрометаллургического производства - на первую стадию фильтрации.
Фильтры
Фильтрованием называется технологический процесс, в результат которого происходит разделение суспензий (пульп) при помощи пористой поверхности (перегородки) на твердую и жидкую фракции. Твердые частицы пульпы задерживаются на перегородке, образуя осадок - кек, а жидкость проникает через поры перегородки и удаляется. Обезвоживания концентратов предназначено для снижения влажности поступающих из сгустителей концентратов примерно с 30-60% до 10-12%. Такая степень влажности позволяет складировать, погружать и транспортировать концентраты на металлургические заводы. При необходимости большего снижения влажности концентраты подвергают сушке, преимущественно в сушильных барабанах.
Литература: 6 осн.[35-145], 7 осн.[120-140]
Контрольные вопросы:
Какие оборудования используются для обогащения руд?
2. Какие виды дробилок используются для дробления руд?
3. Для чего применяются спиральные классификаторы?
4. Какие виды мельниц применяются для измельчения руд?
5. Для чего применяются флотационные машины?
6. Какие бывают фильтры для обезвоживания пульпы?

Лекция 5. Материалы необходимые для ведения металлургических процессов.
Топливо.
Пылевидное топливо. Угольную пыль, измельченную до 0,25-0,05 мм, можно получить из разных сортов каменного угля. Это топливо не получило распространения в мартеновских печах. Угольная пыль хорошо сгорает, создает ярко светящееся пламя. Но при горении из пыли попадает зола, которая осаждается в мартеновской печи, портит свод и головки, заносит шлаковики, осаждается в регенераторах и портит их керамику. В последнее время на отдельных заводах вдувают пыль в доменную печь, заменяя часть дорогостоящего и дефицитного кокса.
Мазут и смола. При сжигании мазута или смолы образуется сильно светящееся пламя, хорошо излучающее тепло в рабочем пространстве мартеновской печи. Мазут - высококалорийное топливо - 39776,6 кДж/кг (9500 ккал/кг).
Для хорошего сжигания мазут должен быть распылен на мелкие капли. Степень распыления определяется давлением распылителя. При испарении мазута выделяются углеводороды, разложение которых дает сажистый углерод, обеспечивающий хорошую светимость пламени. Высокая стоимость мазута заставляет переводить печи, отапливаемые мазутом, на более дешевое топливо, например природный газ.
Доменный и смешанный газы. На заводах полного металлургического цикла существенную долю в топливном балансе занимает доменный газ, который называют колошниковым. Средний состав колошникового газа современных доменных печей следующий: 9-13% СО2; 28-30% СО; 56,5-58,5% N2; 1,5-2,5% Н2; 0,2-0,4% СН4. Калорийность такого газа не более 3977 кДж/м3 (950 ккал/м.3). Чистый доменный газ используют для нагревательных печей прокатного цеха, а также для нагрева доменных воздухонагревателей. Мартеновскую плавку нельзя осуществить, если применять только доменный газ, так как в этом случае из-за его низкой калорийности необходимы неприемлемые для практики огромные расходы газа, а следовательно, и воздуха. Смесь доменного и коксового газов оказалась наиболее выгодным топливом с точки зрения как общей экономики завода, так и теплотехники мартеновской печи. Обычно в смешанном газе содержится 40-50% коксового газа, что обеспечивает среднюю калорийность смеси 9629,6-10040 кДж/м3 (23002400 ккал/м3).
Кокс - топливо современных доменных печей - получают нагревом измельченных каменных углей до температур 1100-1200°С без доступа воздуха. По анализу органической массы устанавливают степень и качество выжига кокса. В выжженном коксе находится 82-90% С. Теплотворная способность горючей массы около 33075,7- 33494,4 кДж/кг (7900-8000 ккал/кг).
Коксовый газ - продукт высокотемпературной перегонки каменного угля, очищенный от влаги, смолы, бензольных углеводородов и аммиака, - используется для отопления мартеновских печей. Состав газа современных коксовых печей примерно следующий: 2-2,5% СО2, + Н2S; 2,2-2,5% СmНn; 6-7% СО; 24-26% СН4; 54-60% Н2; 3-8% N2. Это высококалорийный газ, его теплотворная способность 1666717504,6 кДж/м3 (4000- 4200 ккал/м3) так высока, что позволяет сжигать газ в холодном состоянии. Холодный коксовый газ горит бесцветным пламенем, так как при горении не успевает выделяться сажистый углерод. Для создания светимости необходимо расходовать большие количества карбюратора (мазута или смолы).
Природный газ - самый высококалорийный. Калорийность 31401- 39774 кДж/м3 (7500-9500 ккал/м3)}, Применяют его для отопления мартеновских печей и вдувания в доменные печи. Состав природного газа разных месторождений различается содержанием углеводородов и серы. После очистки концентрация серы может быть уменьшена до следов.
Газ нефтяных скважин называют попутным газом. Природный и попутный газы могут применяться в мартеновских печах без подогрева. Холодные природный и попутный газы горят несветящимся пламенем, поэтому без карбюрации их не применяют.
Огнеупорные материалы. Огнеупорами называют строительные материалы, способные выдерживать высокие температуры (900- 2000° С и выше) и воздействие расплавленных металла и шлака и горячих газов, не разрушаясь и не изменяя своего состояния. Огнеупорные материалы в виде кирпича различных форм и размеров применяют для кладки и футеровки металлургических печей и конвертеров, для футеровки сталеразливочных и чугуновозных ковшей, выкладки регенераторов, рекуператоров и дымоходов. Из порошкообразных огнеупорных материалов изготовляют различные массы, применяемые при кладке печей, а также жаропрочные бетоны. Основными потребителями огнеупоров являются металлургические предприятия, расходующие более 70% всей продукции огнеупорного производства.
Огнеупорные изделия классифицируются по их химическому составу. Основой огнеупорных изделий могут быть окислы (SiO2, MgO), соединения, образующиеся при взаимодействии окислов (3Al2O3-2SiO2 - муллит, 2MgO-SiO2 форстерит, FeO-Cr2O хромит), элементарные вещества и их соединения (углерод, SiC - карборунд). В зависимости от химического состава огнеупорные изделия разделяются на три группы - кислые, основные и нейтральные. К кислым относится, например, динас, так как его основой служит кремнезем SiO2, к основным - магнезит (основа - окись магния), к нейтральным - шамот (основа - глинозем А12Оз). Кроме этих трех групп, имеются еще специальные огнеупорные материалы.
Качество огнеупорных изделий определяется их физическими свойствами (пористость, газопроницаемость, теплопроводность, электропроводность, теплоемкость) и рабочими свойствами (огнеупорность, термическая устойчивость, строительная прочность, постоянство объема, шлакоустойчивость, правильность формы и точность размеров).
Теплоизоляционные материалы. Теплоизоляционные материалы предназначаются для уменьшения передачи тепла от одного тела к другому. Они должны быть легкими и прочными. Теплоизоляционные материалы делятся на сыпучие (набивки и засыпки) и штучные (кирпич, плиты и др.). Кроме того эти материалы различают по максимальной температуре, при которой допускается их эксплуатация: низкотемпературные до 125-150° С, среднетемпературные до 350- 600° С, высокотемпературные до 800-900° С и жароупорные свыше 900°С.
Применение теплоизоляционных материалов является важным фактором увеличения к. п. д. печей. Особенно эффективно использование огнеупорных теплоизоляционных материалов для внутренней футеровки стен печей в области высоких температур, так как оно дает возможность сократить продолжительность разогрева печи, уменьшить толщину ограждающих поверхностей, снизить удельный расход топлива.
Литература: 8 осн. [11-46], 9 осн. [13-17].
Контрольные вопросы
1. Какие виды топлива применяют в металлургии?
2. В чем преимущество использования кокса по сравнению с применением угля?
3. Что такое огнеупор?
4. Каким образом классифицируются огнеупорные материалы?
5. Для чего используют теплоизоляционные материалы?

Лекция 6. Рудоподготовка. Обогащение полезных ископаемых
Обогащение полезных ископаемых является отраслью промышленности, перерабатывающей твердые полезные ископаемые с целью получения концентратов, т. е. продуктов, качество которых выше качества исходного сырья и удовлетворяет требованиям дальнейшего использования их в народном хозяйстве. Качество полезных ископаемых и продуктов обогащения определяется содержанием ценного (полезного) компонента, примесей, элементов-спутников, а также крупностью, и влажностью материала.
Ценным компонентом называют тот элемент или природное соединение, для получения которого добывается полезное ископаемое. Например, медь, свинец, железо, асбест, в медных, свинцовых, железных, асбестовых рудах соответственно будут ценными компонентами. Примеси могут быть полезными и вредными.
Полезными примесями называют элементы или природные соединения, содержащиеся в небольших количествах в полезных ископаемых, которые, примешиваясь к ценному компоненту, улучшают его качество или облегчают его выделение. Ванадий, вольфрам, марганец, хром в железных рудах - полезные примеси, так как, попадая в выплавляемый из руды металл, улучшают его качество.
Вредными примесями называют элементы иди природные соединения, содержащиеся в небольших количествах в полезных ископаемых, которые, примешиваясь к ценному компоненту, ухудшают его качество или затрудняют его выделение. Например, сера и фосфор в железных рудах и коксующихся углях - вредные примеси.
Элементами-спутниками называют ценные элементы, которые содержатся в полезных ископаемых в небольших количествах, и их извлечение из данного полезного ископаемого становится экономически целесообразным только потому, что они добываются из недр земли попутно с основным ценным компонентом. Например, благородные металлы в полиметаллических рудах, кобальт и другие цветные металлы в некоторых железных рудах являются элементами-спутниками. Элементы-спутники при обогащении выделяют в самостоятельные продукты или в один продукт с основным ценным компонентом и в дальнейшем извлекают в процессе металлургической или химической переработки.
Качество полезного ископаемого и выделяемого из них концентрата тем выше, чем выше в нем содержание полезного компонента, элементов-спутников и полезных примесей и чем ниже содержание вредных примесей. Чем выше качество продукта, тем он богаче, так как содержит, больше полезного компонента. Поэтому обработка полезных ископаемых, приводящая к получению концентратов, продуктов более богатых, чем исходное сырье, и отрасль промышленности, осуществляющая такую обработку, называются обогащением полезных ископаемых. Включение обогащения в цикл переработки полезных ископаемых позволяет из добываемых полезных ископаемых выделить богатые продукты – концентраты и использовать сырье с большим экономическим эффектом.
Требования к качеству концентратов называют кондициями и устанавливают их исходя из технологии и экономики переработки данного сырья с обязательным учетом возможностей обогащения и свойств данного полезного ископаемого. Кондициями устанавливается нижний предел для содержания полезного компонента и верхний предел для содержания вредных примесей, а также крупность и влажность концентрата.
Следует сразу подчеркнуть относительность понятий полезный минерал, вредная или полезная примесь, пустая порода. Отнесение минерала к одному из этих понятий имеет силу только для данного конкретного полезного ископаемого при современном уровне развития техники обогащения и технологии последующей переработки с учетом потребности народного хозяйства в этом сырье.
Один и тот же минерал в исходном сырье может быть полезным, в другом - пустой породой. По мере развития техники обогащения и технологии дальнейшей переработки продуктов обогащения, а также при увеличении потребности народного хозяйства в определенном сырье минералы в том или ином полезном ископаемом могут быть переведены ив разряда пустой породы в разряд полезных минералов.
Обогащение полезных ископаемых - механическая обработка, не связанная с химическими превращениями минералов. Химический состав минералов до и после обогащения остается неизменным. Улучшение качества полезного ископаемого при обогащении достигается разделением минералов. В продукты, называемые концентратами, выделяется большая часть полезных минералов и полезных примесей, в хвосты, выделяется большая часть минералов пустой породы и вредных примесей. Хвосты выводятся из процесса обогащения и складируются в хвостохранилища, а концентраты направляются для дальнейшей переработки и использования.
Улучшение качества полезного ископаемого при обогащении достигается выделением пустой породы и концентрации полезных минералов в меньшем объеме. При этом увеличивается содержание ценного компонента, так как почти все его количество оказывается сосредоточенным в концентрате.
К основным технологическим показателям обогащения относятся: содержание компонентов в исходном сырье и продуктах обогащения, степень концентрации полезного компонента, выхода продуктов обогащения, извлечение компонентов в продукты обогащения и эффективность операций разделения.
Содержанием компонента называется, отношение веса компонента в продукте к весу продукта. Содержание можно выражать в процентах, в долях единицы и в граммах на тонну.
Степенью концентрации, достигаемой при обогащении полезных ископаемых, называется отношение содержания полезного компонента в концентрате к содержанию его в исходном сырье. Степень концентрации показывает, во сколько раз концентрат богаче исходного сырья.
Выходом продукта обогащения называется отношение веса продукта к весу переработанного исходного материала. Выход принято выражать в процентах или долях единицы. Величина, обратная выходу, выраженная в долях единицы, показывает число тонн исходного материала, из которых при обогащении получается одна тонна продукта.
Извлечением полезного компонента в продукт обогащения называется отношение веса компонента в продукте к весу того же компонента в исходном сырье. Извлечение принято выражать в процентах или в долях единицы. Извлечение полезного компонента в концентрат показывает, какая часть этого компонента перешла при обогащении из исходного материала в концентрат.
Эффективностью обогащения называется отношение приращения веса ценного компонента в концентрате в данном случае обогащения к приращению веса компонента в случае идеального обогащения, когда в концентрат выделяется только весь ценный компонент. Приращение веса ценного компонента в концентрате вычисляется как разность между весом компонента в концентрате и весом компонента в исходном материале, взятом в количестве, равном весу концентрата. Эффективность обогащения принято выражать в процентах или в долях единицы. Эффективность обогащения оценивает степень приближения действительного процесса обогащения к идеальному.


Методы обогащения
При обогащении используются различия физических и физико-химических свойств разделяемых минералов. Методы обогащения разделяются на процессы обогащения. Процесс обогащения - это отделение одних минералов от других на основании определенным образом используемого различия в свойствах минералов.

1 - самоопрокидывающийся вагон; 2 - приемный бункер; 3 - пластинчатый питатель; 4 - колосниковый грохот; 5 - конусная дробилка крупного дробления; 6 и 9 - вибрационные грохоты; 7 - конусная дробилка среднего дробления;
8 и 11 - ленточные конвейеры; 10 - конусная дробилка мелкого дробления; 12 - ленточный конвейер с разгрузочной тележной; 13 - бункер дробленой руды; 14 - питатели дробленой руды; 15 и 16 - сборные ленточные конвейеры;
17 - наклонный ленточный конвейер; 18 - конвейерные весы; 19 - шарован мельница; 20 - спиральный классификатор; 21, 25, 34, 35 - песковые насосы;
22 и 26 – пульподелители; 23 и 24 - флотационные машины; 27 - барабанный вакуум-фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью; 28 - барабанная сушилка; 29 - батарейные циклоны; 30 - электрофильтр; 31 - пенный пылеуловитель; 32 - дымосос; 33 - сгуститель.
Рисунок 2- Схема цепи аппаратов флотационной обогатительной фабрики.


Свойства минералов и методы обогащения:
Свойства минералов
Методы обогащения

Удельный вес, плотность
Физико-химические свойства поверхностей минеральных зерен
Магнитная восприимчивость
Электрические свойства
Естественная или наведенная радиоактивность, светоотражательная способность минеральных поверхностей, сопротивление проникающему излучению, свечение в рентгеновских лучах и т. д.
Цвет, блеск, форма, плотность
Форма
Коэффициент трения скольжения Твердость, прочность

Гравитационный
Флотационный

Магнитный
Электрический
Механизированная рудоразборка





Ручная рудоразборка


По форме
По трению
Избирательное дробление



Полезные ископаемые на обогатительных фабриках проходит ряд последовательных процессов обработки, которые по своему назначению в технологическом цикле фабрики можно разделить на подготовительные, обогатительные и вспомогательные.
К подготовительным относятся процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации, в которых достигается разъединение минералов и разделение обрабатываемого полезного ископаемого на классы по крупности, что необходимо для успешного осуществления обогащения.
К обогатительным относятся процессы разделения минералов, позволяющие выделить из полезного ископаемого концентраты и хвосты.
К вспомогательным относятся процессы обезвоживания концентратов и складирования хвостов, в которых снижается влажность концентратов до установленного предела и очищаются сточные производственные воды фабрики перед сбросом в водоемы общего пользования или перед повторным использованием их на фабрике.
Последовательные операции обработки, которым подвергаются полезные ископаемые на обогатительных фабриках, составляют технологические схемы обогащения. Обычно на схемах указываются данные о качестве и количестве исходного материала и продуктов обогащения, а также приводится режим обработки в отдельных операциях. Такие схемы называются качественно-количественными схемами. Схема обогащения, содержащая данные о количестве воды, добавляемой в отдельные операции и продукты, и о количестве воды в отдельных операциях и продуктах, называется шламовой. Кроме технологической схемы обычно составляется еще схема цепи аппаратов, на которой графически изображены пути движения полезного ископаемого и продуктов обработки через аппараты. На схеме указываются тип, размер и число аппаратов.
Литература: 10 осн.[258-298], 11 осн.[54-205]
Контрольные вопросы
1. Какие методы обогащения Вам известны?
2. Чем отличается дробление от измельчения?
3. Какие конструкции грохотов Вам известны?
4. Что собой представляет классификация?
5. Что собой представляют отсадочные машины?

Лекция 7. Оборудование цехов подготовки шихты
Концентрат, полученный на обогатительной фабрике, поступает в цех подготовки шихты, где подвергается усреднению, затем при необходимости окатываются и подвергаются обжигу.
Основное назначение всех этих процессов состоит в том, чтобы обеспечить наибольшую удельную производительность плавильной печи при возможно лучшем извлечении полезных металлов.
В металлургии тяжелых цветных металлов распространены два вида обжига: на порошок и агломерирующий обжиг со спеканием. Обжигу на порошок, продуктом которого является огарок, подвергают цинковые, медные и никелевые концентраты Цинковый огарок направляют на выщелачивание, медный - на отражательную плавку, закись никеля - в электроплавильную печь.
Обжиг со спеканием используется в металлургии свинца. Продукт этого процесса - агломерат (куски спекшейся шихты) направляют на плавку в шахтные печи.
В зависимости от характера обжига используют то или иное оборудование: обжиговые печи, спекающие (агломерационные) машины, обжиговые машины, трубчатые вращающиеся печи.
Печи обжига в кипящем слое
Сущность процесса состоит в том, что горячий толстый слой обжигаемого материала непрерывно и равномерно продувается снизу вверх по всей площади сжатым воздухом или смесью воздуха с кислородом. При определенной скорости дутья, называемой критической, материал становится легкоподвижным, похожим на вязкую жидкость, совершает непрерывное движение, похожее на кипение Частицы концентрата легко перемешиваются, хорошо соединяются с кислородом воздуха и свободно без применения механизмов передвигаются в горизонтальной плоскости к разгрузочному отверстию. Процесс этот совершается в печах, называемых печами кипящего слоя (печами КС). Все печи имеют круглое поперечное сечение (Рисунок 3).
Рабочее пространство печи - цилиндрическая шахта, образованная подиной 1, боковыми стенками корпуса 4 и сводом 5. Подина отечественных печей изготовлена из жаропрочного бетона толщиной 250-300 мм, выложенного на стальном горизонтальном листе толщиной 14-30 мм. По всей площади подины Равномерно (с шагом около 200 мм) расположены воздухораспределительные сопла 10. Дутье к подине подводится от воздуходувной станции через воздушную коробку 11. В зарубежной практике применяют, подины, выложенные из нескольких слоев огнеупорного кирпича.
В печь шихта загружается через крутонаклонный патрубок 14, а выгружают огарок через порог разгрузочной камеры 3. Высоту порога, равную высоте кипящего слоя, принимают в пределах 1000-1200 мм. Разгрузочную камеру делают отъемной или же заодно с корпусом печи.

1 - подина; 2 - воздушный коллектор; 3 - разгрузочная камера; 4 - стена;
5 - свод; 6 - ленточный конвейер; 7 - шлюзовый затвор; 8 - тарельчатый питатель; 9 - загрузочная камера; 10 - сопло; 11 -воздушная камера; 12 - колонна; 13 - опора подины; 14 - загрузочная воронка; 15 - змеевик; 16 -газовая горелка
Рисунок 3 - Печь КС для обжига цинкового концентрата

Внутреннюю поверхность корпуса тщательно футеруют, обкладывают асбестовым листом, между которым и кладкой предусматривают компенсационный изоляционный слой.
Воздушная камера состоит из пяти отдельных секций (в некоторых печах камеру делают односекционной), предусмотренных для регулирования подачи воздуха по площади подины и в загрузочных камерах (форкамерах).
При обжиге высокосернистых концентратов (цинковых, медных) создаются чрезмерно высокие температуры, в зоне кипящего слоя. Для отвода избыточного тепла устанавливают водоохлаждаемые кессоны в виде стальных коробок, наполненных водой. Концы кессонов заходят в зону кипящего слоя.
В комплекс установки печи КС входит разнообразное оборудование: питатели, конвейеры, шнеки, эксгаустеры, воздуходувки, циклоны, стояки, газоходы-фильтры. В современных установках предусмотрены котлы-утилизаторы, как наиболее эффективные и экономичные средства для использования тепла газов и одновременного улавливания наиболее крупной фракции пыли. После тонкой очистки от пыли в электрофильтрах газы поступают в сборный коллектор сернокислотного цеха.
Трубчатые вращающиеся печи
Каждая печь состоит из следующих основных частей: барабана 3, (рисунок 4), приводного механизм с зубчатым венцом 5, закрепленным на барабане; опор с бандажами 4 и роликами опорными 7, верхней и нижней головок 2 и 6.
Основными параметрами печей являются: диаметр (в свету) и длина барабана. Между ними установлена определенная зависимость, обусловленная технологическим процессом и конструкцией. В печах вельцевания отношение D/L = 1/14-1/17, в печах спекания глиноземного производства это отношение колеблется от 1:20 до 1:36.
Для процесса вельцевания применяют печи диаметром 2,25; 2,5 и 3,6 м и длиной барабана 40-50 м. Наиболее крупные печи работают в глиноземном производстве. В последнее время введены в действие гигантские печи размером 5x185 м.

1 - загрузочная воронка; 2- верхняя головка; 3- барабан; 4- бандаж;
5- зубчатый венец; 6- нижняя головка; 7- опорный ролик; 8- люк;
9- электродвигатель; 10- редуктор.
Рисунок 4 - Общий вид трубчатой печи

Трубчатые печи устанавливают под углом 2-5° к горизонту, с наклоном в сторону разгрузки перерабатываемого материала. Скорость вращения барабана находится в пределах 0,5-1,5 об/мин. Печи обжига, спекания и вельцевания работают по противоточной схеме: с верхнего конца барабана перемещается материал, а навстречу ему с нижнего конца движутся горячие газы. Для вращения печи на корпусе установлен венец, которая зацеплена с подвенцовой шестерной, находящееся на выходном валу редуктора. Редуктор и электродвигатель 9 соединены между собой муфтой. Шихта загружается с одной стороны печи по круто наклонной трубе, а выгружается с противоположенной стороны. Отходящие газы выносятся из печи с температурой 500-6000 С.
Агломерационные машины.
Главный частью машины является конвейер (рисунок 5), состоящий из отдельных тележек 1 с колосниковой решеткой. Тележки движутся по замкнутым направляющим путям. На верхнем и нижнем путях тележки движутся плотно прижатыми друг к другу, образуя рабочую и холостую ветви. Движение тележек по рабочей ветке осуществляется за счет их подъема с холостой ветви и проталкивания приводными звездочками 7.
В начале рабочей ветки конвейера на движущиеся тележки укладывается питателем 2 постель (подстилочный материал), состоящая из крупных кусков шихты и затем основная шихта питателем 3 (одним или двумя) слоем 150500 мм. Слой постели толщиной 3050 мм предохраняет колосники тележек от перегрева и уменьшает просыпь шихты через щели колосниковой решетки.Для зажигания входящего в шихту твердого топлива (коксика) установлен горн 4, работающий на газе или мазуте. Под слоем шихты в вакуум-камерах 5 создается разрежение, благодаря чему продукты сгорания проходят через шихту, зажигая частицы твердого топлива. Газы через вакуум-камеры, газовые тракты и пылеуловители 6 отводят в дымовую трубу 9. Необходимое для этого разрежение 1025 кПа создается нагнетателем (эксгаустером) 8.
Полученный агломерат после разгрузки с машины подвергают дроблению и сортировке по крупности (грохочению). Охлаждение агломерата до температуры 100130°С осуществляют на удлиненных агломерационных машинах, либо на установленных за ними линейных, кольцевых или чашевых охладителях за счет принудительной подачи холодного воздуха в слой агломерата.

Рисунок 5 - Схема установки для спекания шихты на агломерационной
конвейерной машине

Литература:10 осн.[298-330], 11 осн.[248-310]
Контрольные вопросы
Каким технологическим процессам подвергается концентрат в цехах подготовки шихты?
Какие иды обжига Вам известны?
В чем заключается сущность обжига в кипящем слое?
Что представляет собой трубчатая печь?
Что представляет собой агломерационная машина?

Лекция 8. Оборудование гидрометаллургических цехов
Аппаратура для выщелачивания
По принципу действия аппараты в гидрометаллургии подразделяют на следующие: 1) с механическим перемешиванием; 2) с пневматическим перемешиванием; 3) с пневмомеханическим перемешиванием.
К первому типу относятся чаны-сборники и чаны с импеллерной мешалкой. Чаны-сборники простейшие чаны, используемые для накапливания и поддержания пульпы во взвешенном состоянии. Перемешивание в этих чанах осуществляют простой крестовиной, насаженной на вертикальный вал. Для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии скорость мешалки на концах лопастей должна быть
·200 м/мин.
Чан с импеллерной мешалкой (рисунок 6) представляет собой аппарат, в центре которого расположена широкая труба 5 с наклонными циркуляционными патрубками 4. Через трубу проходит вертикальный вал 3, на нижнем конце которого укреплен импеллер 7.

Рисунок 6 - Чан с импеллерной мешалкой

Основным типом чанов с пневматическим перемешиванием является весьма распространенный аппарат с центральным эрлифтом - пачук (рисунок 7). Пачук - высокий цилиндрический чан, диаметр которого обычно в 3 раза меньше высоты, с коническим днищем.



1 - сопло; 2 – труба эрлифта; 3 - футеровка; 4 – железобетонный корпус;
5 – выпускной желоб; 6 - лаз; 7 - крышка; 8 – крепления трубы; 9 – верх эрлифта; 10 – паровой змеевик; 11 – отвод конденсата; 12 – крепления сопла;
13 – разгрузочный патрубок
Рисунок 7 - Пачук

Автоклав
В гидрометаллургии используется герметичный аппарат автоклав, позволяющий проводить операции при повышенных температурах и давлениях.
Разнообразие полиметаллических руд цветных металлов, растворов и газовых фаз, применяемых для их обработки, вносит ряд специфических особенностей в конструкцию автоклавов. Используются автоклавы с перемешивающими устройствами и без перемешивающих устройств, горизонтальные и вертикальные.
Автоклавы без перемешивающих устройств чаще всего изготавливаются вертикальными. Материал перемещается в них с помощью пара (паралифтные), воздуха или газа реагента (эрлифтные).
Промышленные автоклавы без перемешивающих устройств для процессов, протекающих с участием газовой фазы, имеют объемы 4050 м3 (рисунок 8).

1 двигатель; 2 корпус; 3 перемешивающее устройство
Рисунок 8 - Вертикальный автоклав объемом 50 м3

Наиболее универсальными и распространенными аппаратами для процессов, протекающих с участием газовой фазы, являются автоклавы с механическим перемешиванием как горизонтальные, так и вертикальные
На гидрометаллургических заводах сгущение применяют для осветления растворов, а фильтрование для снижения влаги в продукте (кеках, растворах и др.). Очищенный, осветленный раствор перекачивают на электролиз, а осадок направляют в пирометаллургическое производство. Сгущение и фильтрование широко используют для обезвоживания сырья во многих отраслях промышленности. Эти процессы осуществляются в сгустителях, фильтрах, центрифугах и сушилках.
Сгустители
Аппараты (механизмы), в которых осуществляется процесс сгущения (осветления) пульп, называются сгустителями (отстойниками) (рисунок 9). Традиционный сгуститель представляет собой цилиндрический резервуар (чан), в центре которого медленно вращается устройство, перемешивающее осевшие твердые частицы пульпы к центру, на разгрузку.

1 подъемный механизм; 2 червячная передача; 5-двигатель; 4 -щит управления; 5 - опорная рама-мост; 6 -сливной желоб;
7-загрузочная воронка; 8 чан; 9 граблина; 10 запорный кран;
11 патрубок; 12 разгрузочная воронка; 13 мешалка; 14 - крестовина; 15 -вертикальный вал; 16 – растяжка; 17 устройство для погашения пены
Рисунок 9 - Сгуститель с центральным приводом

Фильтры
Фильтрация это процесс отделения твердой фазы от раствора при помощи пористой перегородки. Эту операцию осуществляют на специальном аппарате, называемом фильтром (сосудом, разделенным пористой фильтровальной перегородкой).
Вакуум-фильтры непрерывного действия относятся к группе фильтров, наиболее совершенных в конструктивном отношении и наиболее часто используемых в гидрометаллургии.
Основные типы таких фильтров: 1) барабанные с фильтрацией на внешней и на внутренней поверхности; 2) дисковые.
В барабанных вакуум-фильтрах (рисунок 10) с фильтрацией на внешней поверхности барабан фильтра погружен на ~1/3 в фильтруемую пульпу и вращается со скоростью 5ч20 об/ч.



1 – мешалка; 2 – корыто; 3 - редуктор; 4 - электродвигатель; 5 - подшипники; 6 - барабан; 7 - цапфа; 8 – распределительная головка; 9 – устройство для затирания трещин в осадке
Рисунок 10 - Барабанный вакуум-фильтр

Литература: 10 осн.[364-395], 11 осн.[205-229]
Контрольные вопросы
По какому принципу разделяются аппараты в гидрометаллургии?
Что представляет собой пачук?
Какие виды автоклавов используются в гидрометаллургии?
Что представляет собой традиционный сгуститель?
К какой группе фильтров относится вакуум-фильтр?

Лекция 9. Оборудование плавильных цехов
Плавильные печи
Металлургические процессы, протекающие в условиях и при воздействии высоких температур, называются пирометаллургическими, а агрегаты, в которых эти процессы осуществляются - металлургическими печами.
В цветной металлургии в плавильных печах выплавляют металл из рудного сырья (концентратов, руды), а также плавят черновые металлы и металлическую шихту (смесь), чтобы примеси и получить металл заданного состава.
В зависимости от источника тепла плавильные печи разделяют на топливные и электрические. По способу плавления и конструктивному устройству топливные печи делятся на две основные группы: с горизонтально и вертикально расположенным плавильным пространством.
Отражательные печи
В отражательной печи материал (шихта) нагревается в результате излучения тепла и соприкосновения раскаленных газов, проходящих через топочное пространство, и в результате излучения тепла от раскаленного свода печи. Свод отражает тепло, полученные им от газов, что и послужило основанием названия печей этого типа отражательным.
Отражательная печь представляет собой плавильный агрегат, состоящий из следующих основных частей: лещади (подины) 2, предельных и поперечных стен, свода 7, каркаса (металлического крепления) 5, фундамента 1 и газохода (аптейк) 9.


1 - фундамент; 2 - лещадь; 3 - боковая стена; 4 - загрузочное отверстие;
5 - крепление (каркас) печи; 6 - соединительная тяга; 7 - распорно-арочный свод; 8 - отверстия для горелок; 9 - газоход; 10 -шлаковая летка; 11 - шпуровое отверстие для выпуска штейна; 12 - ложное окно
Рисунок 11 - Отражательная печь

Перерабатываемый материал (концентраты, огарок, шихта), загруженный через отверстия в своде печи, располагается по обеим сторонам свода около продольных стен печи откосами. Откосы обращены к центру печи, к факелу пламени, который создается в результате сжигания топлива: газа, мазута, угля. Для подачи газа и мазута имеются горелки или форсунки, установленные на передней стенке печи.
Продукты плавки (медный штейн и шлак) скапливаются в ванне печи, расположенной по всей площади подины. Как наиболее тяжелый продукт штейн собирается в нижней части ванны, а шлак - в верхней.
Продукты плавки выпускают из печи с двух уровней: штейн - со дна ванны, а шлак - с ее поверхности. Шлак выпускают из хвостовой части печи, где он более полно отстаивается от штейна. Штейн выпускают с боковых стен печи из шпуров, расположенных примерно на одной трети длины печи от задней стенки.
Отражательная печь почти полностью собрана из огнеупорных материалов.
Печь кислородно-взвешенной плавки (КВП)
По принципу действия эта печь сходна в некоторой степени с аналогичными печами обжига концентратов, а по внешней форме с печами отражательной плавки (рисунок 12).. Как и отражательная печь, она состоит из подины 15, свода 4, поперечных и продольных стенок, образующих рабочее пространство, и имеет прямоугольную форму. Подина представляет собой обратный свод Подину выкладывают из магнезитового кирпича, а свод - из магнезито-хромитового кирпича. Над сводом расположен вертикальный газоход 6.
Для создания герметичности кладки печи и газохода заключены в плотный стальной кожух, сваренный из листовой стали толщиной 20-25 мм. Каркас 10 состоит из ряда колонн. Колонны противоположных сторон соединены подпружиненными стальными тягами, что обеспечивает регулировку каркаса при температурном расширении. Стены печей по всему периметру кессонированы. Водоохлаждаемые кессоны отлиты из красной меди. Охлаждаемая вода циркулирует по стальным трубам, залитым внутрь кессонов.

1 - медный кессон; 2 - стена пиритной стороны печи; 3 - пиритно-кислородная горелка; 4 - свод; 5 - кессонированная опорная арка; 6 - вертикальный газоход (аптейк), 7 - опора аптейка; 8 - газовое пространство, 9 - стальной кожух печи; 10 - каркас; 11- стена, шихтовой стороны печи; 12 - шихтово-кислородная горелка; 13 – плиты чугунные; 14 - столбы опорные; 15 - подина;
16 - ванна расплава; 17 - перегородка; 18 - сифон; 19 - газовая горелка,
20 - шлаковая летка
Рисунок 12 - Печь кислородно-взвешенной плавки (КВП)

В печи образуются две зоны отделения штейна от шлака, разделенные пароохлаждаемой перегородкой 17. Справа (по рисунку) находится зона отделения основной массы богатого штейна, слева - зона отделения бедного штейна, получаемого в результате выделения меди из шлака вдуваемым пиритом. Печные газы с температурой около 1200° С отводятся через вертикальный газоход в котел-утилизатор и далее в пылеулавливающее устройство. Топочные газы в отличие от газов шахтных печей содержат большое количество ангидрида, достигающее 75%, а поэтому они эффективно используются для производства серной кислоты.
Шахтная печь
Шахтными плавильными печами называют печи с вертикально расположенным рабочим пространством в виде шахты. Печь состоит из следующих основных частей: горна 1 (рисунок 13), шахты 3 и колошника 4. Процесс плавки протекает следующим образом. Шихту, состоящую из агломерата, кокса, оборотных материалов и флюсов, загружают в шахту печи через загрузочные отверстия в колошнике. Снизу в разогретую шахту вдувают при помощи фурм 2 сжатый воздух (часто воздух, обогащенный кислородом). За счет тепла сгорания кокса и серы, содержащейся в шихте, в рабочем пространстве создается необходимая для расплавления шихты температура, достигающая в нижней зоне печи 1450-1500° С. Горячие газы подогревают опускающуюся навстречу ему шихту и удаляются из печи через газоход 5 с температурой 150-300° С.

Рисунок 13 - Схема шахтной печи

В шахтную печь загружают крупнокусковые материалы. Агломерат должен иметь куски размером 50-150 мм.
Стенки шахты состоят из стальных водоохлаждаемых кессонов. В печах прямоугольного сечения торцовые стенки делают вертикальными, а боковые (длинные) - наклонными. Фурмы устанавливают в кессонах в один или два горизонтальных ряда.
Ширина печи между противоположными рядами фурм колеблется в пределах 1000-1500 мм.
Эффективная высота от уровня фурм до уровня загрузки принимается в пределах 4-6 м в зависимости от характера плавки и состава шихты. Длина печи бывает от 3 до 20 м.
Жидкие продукты плавки собираются в горне печи и распределяются в зависимости от удельного веса.
Получаемые штейны подаются в жидком виде в конвертеры а черновой свинец - на рафинирование (очистку от примесей).
Рудотермические электрические печи
Эти печи широко применяют для плавки медно-никелевых и медных руд и концентратов. Электропечь имеет прямоугольную форму и состоит из фундамента, подины, стен, свода, кожуха, каркаса и электродного устройства (рисунок 14).

1 - подъемная лебедка; 2 - кожух электрода: 3 - тормоз;
4 - мантель; 5 - шинопроводы, 6 -загрузочные отверстия:
7 - электрод; 8 - подина печи; 9 - электрозажимы;
10 - водяные трубки
Рисунок 14 - Рудоплавильная электропечь

Подина представляет собой свод обратной кривизны толщиной 900-1200 мм, выложенный из магнезитового и шамотного кирпича на огнеупорной подсыпке или бетонном поясе. Стены выкладывают на уровне ванны из магнезитового или хромо-магнезитного кирпича, а выше ванны - из шамотного кирпича. Свод печи арочного типа выкладывают из шамота или жаропрочного бетона толщиной 300-400 мм. Для повышения стойкости начинают применять стальные водоохлаждаемые своды.
Загрузочные отверстия 6 размещены на своде печи в один или два ряда по обеим сторонам свода. Отверстия имеют диаметр 250-300 мм. Шихта состоит из руды, концентратов, оборотных шлаков, флюса.
Процесс плавления протекает за счет тепла, возникающего от горения электрической дуги, имеющей температуру около 6000° С. Электроэнергия подводится через электроды 7 от специальных печных трансформаторов трехфазного и однофазного тока. Рудоплавильные печи строят с тремя и шестью электродами мощностью до 45 тыс.кВА и более. Для уменьшения электрических потерь и длины шинопроводов 5 трансформаторы размещают рядом с печами. Распорные усилия свода воспринимаются подпятовыми балками. Противоположные колонны каркаса стягиваются подпружиненными тягами. Кладка печи заключена в кожух из стальных листов.
Электроды применяют набивные самоспекающиеся диаметром 800-1400 мм. Электродная масса состоит из мелкого антрацита и кокса смешанных с пеком или каменноугольной смолой. При нагреве до 300°С электродная масса размягчается, а при дальнейшем нагреве - затвердевает, спекается. Электроды набивают в стальной кожух толщиной 1,5-2 мм. Диаметр электрода выбирают, исходя из допускаемой плотности тока, равной 2-4 на 1 см2 сечения электрода. Расстояние между электродами устанавливают около 3 диаметров электрода.
Штейн и шлак выпускают через шпуровое летку расположенные на противоположных торцовых стенах. Топочные газы отводят через отверстия в своде и вертикальные патрубки в сборный газоход.
Горизонтальные конвертера
Горизонтальные конвертера (рисунок 15) бывают с верхним или осевым (боковым) отводом газов. На заводах цветной металлургии используются только горизонтальные конвертеры. Основные параметры конвертера - диаметр и длина корпуса (бочки).
Корпус конвертера 4 сваривают из стальных листов толщиной 20-45 мм. Крышки (торцы, днища) также сваривают из стали и усиливают несколькими балками. Крышки свободно вставляют внутрь барабана и соединяют стальными тягами с пружинными компенсаторами температурного расширения.
Горловина 5 служит для выхода конвертерных газов, загрузки и разгрузки конвертера. Устанавливают ее на корпусе конвертера под углом к вертикали (около 12-30°) в сторону фурм. Горловины делают круглыми, прямоугольными и овальными. Круглые горловины легче обслуживать и футеровать. Горловины выполняют стальными литыми сборными из нескольких частей высотой 550-900 мм.(рисунок 22)
Опорное устройство конвертера состоит из двух бандажей 3, жестко закрепленных на концах барабана. Каждый бандаж, опирается на две качающиеся роликовые опоры 10, состоящие из двух цилиндрических роликов, закрепленных на траверсе 13. Такая конструкция позволяет рассредоточить нагрузку на бандаж (достигающую в больших конвертерах 30 МН, или 300 тс) между роликами и само устанавливаться роликам в зависимости от положения бандажей. Опоры устанавливают под углом 30° к вертикали. Ролики одного бандажа - гладкие, другого, прилегающего к зубчатому венцу 6, -коробчатые. Это обеспечивает нормальное положение зубчатой передачи при температурном удлинении барабана. От осевых перемещений балансир удерживает стальная шпонка.


1 - магнезитовая футеровка; 2 - крышка; 3 - бандаж; 4 - корпус (бочка); 5 - горловина; 6 -зубчатый венец; 7 - соединительный патрубок; 8 - сальниковое устройство; 9 - стояк; 10 - роликовая опора; 11 - воздушный коллектор;
12 - фурма; 13 - траверса; 14 - фундаментная плита; 15 - натяжное
устройство; 16 - подвод сжатого воздуха; 17 - электродвигатель и червячный редуктор; 18 - редуктор; 19 - муфта; 20 - фундамент; 21 - предохранительный щиток; 22 – пружина
Рисунок 15 - Горизонтальный конвертер

Поворотный механизм конвертера состоит из электродвигателя, червячного и зубчатого цилиндрического редуктора и цилиндрической открытой зубчатой пары. Зубчатый венец жестко закреплен на конце барабана.
Сжатый воздух поступает в конвертер через фурму из коллектора 1, который устанавливают вдоль бочки конвертера. Коллектор соединяют с фурмой рукавом 2 ( стальной трубой), гайкой 10 и сальником 3 с асбестовой набивкой.
Литература: 10 осн.[330-364], 11 осн.[310-333]
Контрольные вопросы
Каким образом классифицируются печи в зависимости от источника тепла?
Каким образом нагревается шихта в отражательных печах?
Каким образом и в какой последовательности выпускаются продукты плавки из печей?
Что представляю собой кессоны печей?
За счет чего производится плавка в шахтных печах?
Что представляет собой горизонтальный конвертер?

Лекция 10. Оборудование прокатного производства.
Конечным этапом металлургического производства является получение промежуточной продукции в виде металлических заготовок или готовых изделий. Основным способом обработки металлов на металлургических заводах является прокатка.
Прокатным станом называется комплекс машин для деформации металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций: транспортировки заготовки к валкам, уборки после прокатки, резки, охлаждения, правки, штабелирования или свертывания в рулоны, бунты и т, д. Оборудование для деформации металла (рабочая клеть и привод валков) называют основным, оно расположено на главной линии прокатного стана.
Прокатные станы.
В зависимости от вида прокатываемой продукции, т. е. назначения, прокатные станы подразделяют на обжимные и заготовочные (прокатка заготовок для других станов из слитков), сортовые (прокатка сортовых профилей), листовые (прокатка толстых и тонких листов) и трубопрокатные.
Количество и взаимное расположение прокатных клетей определяется назначением стана, заданной производительностью и технологией прокатки. По этому признаку станы делят на линейные с последовательным расположением клетей, непрерывные и полунепрерывные.
В настоящее время для выпуска массовой продукции используют непрерывные станы. В непрерывном стане клети установлены непосредственно одна за другой (группами), так что полоса прокатывается одновременно в нескольких, а в некоторых случаях во всех клетях стана.
В современных прокатных цехах производство проката разделено на два этапа или передела. На первом этапе слитки прокатывают в полупродукт - блюмы, слябы, предельную заготовку, а на втором из полученного полупродукта прокатывают готовую продукцию - листы, сортовые профили, трубы.
Такое разделение вызвано двумя причинами, первая из которых - необходимость организации массового производства на заводах с непрерывным металлургическим циклом. При эксплуатации крупных сталеплавильных агрегатов такой цикл может быть обеспечен только разливкой в слитки большой массы и организацией горячего всада. После прокатки на обжимных станах, работающих часто в сочетании с заготовочными станами, полупродукт разрезают на заготовки, предназначенные для производства готовой продукции. Вторая причина разделения прокатки на два передела - необходимость производства продукции высокого качества, которое обеспечивается промежуточным контролем и удалением дефектов на полупродукте.
Производство труб из штрипсов, гнутых профилей из листа, калиброванного металла (волочением) можно рассматривать как третий передел.
Производство сортовых профилей.
В зависимости от размеров сортовые профили разделяют на несколько групп: крупный, средний, мелкий сорт и проволока (катанка). Современные прокатные станы специализированы на производстве определенных профилей, что позволяет достигнуть высокой производительности и обеспечить требуемое стандартами качество. Это обстоятельство в большинстве случаев определяет размеры станов, их конструкцию и расположение оборудования. Различают крупно-, средне- и мелкосортные (проволочные) станы. Кроме того, существуют станы специального назначения - рельсо-балочные, штрипсовые, полосовые.
Большинство сортовых станов механизировано и имеет примерно одинаковый технологический цикл: нагрев, прокатка, охлаждение, резка на мерные длины, маркировка и уборка.
Горячая прокатка толстых листов.
Толстые листы (толщина 4-200 мм, ширина 600-5000 мм) прокатывают на специализированных одно- и двуклетевых станах. Толстые листы прокатывают из слябов толщиной от 100 мм до 600 мм (для особо толстых листов), шириной 1200-2350 мм и массой от 13 т до 40 т. На некоторых станах особо толстые листы прокатывают из плоских слитков массой до 40 т. Использование в качестве заготовки слябов позволяет улучшить качество поверхности листов по сравнению с прокатанными из слитков, так как поверхность слябов предварительно зачищают. Механические свойства листов также улучшаются (в результате увеличения суммарного обжатия от слитка до готового листа).
Современный толстолистовой стан состоит из двух реверсивных четырехвалковых клетей, установленных последовательно. Сляб прокатывают вначале в первой клети (несколько проходов), а затем во второй (до конечной толщины). Использование двух четырехвалковых клетей позволяет уменьшить разнотолщинность по ширине листа. Для получения ровных боковых кромок чистовую клеть делают универсальной, т. е. с горизонтальными и вертикальными валками.
Горячая прокатка тонких листов.
Листы шириной до 2300 мм и толщиной 1,2-16 мм - основная продукция листовых станов горячей прокатки. Для их массового производства используют непрерывные широкополосовые станы (длина бочки валков 2000-2500 мм, скорость прокатки до 19-30 м/с). Исходной заготовкой служат слябы толщиной до 300 мм, шириной, равной ширине листа, и массой до 20-45 т, поступающие со слябинга.
Значительную часть горячекатаных листов производят из низко- и среднеуглеродистых конструкционных сталей для штамповки деталей в автомобильной и других отраслях промышленности. Для обеспечения высокой пластичности и хорошей штампуемости горячекатаные листы должны иметь минимальную разнотолщинность по ширине и длине, а также определенные механические свойства и микроструктуру. Поскольку в ходе технологического процесса горячей прокатки могут протекать процессы рекристаллизации, то получение требуемых механических свойств и микроструктуры обеспечивается правильным выбором необходимой температуры конца прокатки и обжатия в последней клети.
Для производства горячекатаных листов широкого сортамента из высоколегированных и труднодеформируемых сталей используют полунепрерывные листовые станы, у которых вместо черновой группы установлены двухвалковая реверсивная черновая клеть и универсальная четырехвалковая клеть. Наличие реверсивной клети позволяет выбирать обжатия и число проходов в зависимости от физико-механических свойств прокатываемой стали. Производительность таких станов ограничивается 1,5-2 млн. тонн в год.
Холодная прокатка листов.
На станах холодной прокатки производят листовую сталь толщиной 2,5-0,5 мм. Холодная прокатка позволяет значительно повысить точность размеров, а также получить определенные физико-механические свойства листа и высокое качество его поверхности.
Тонколистовая качественная конструкционная сталь, предназначенная для штамповки сложных и особо сложных деталей (крыша и детали кузова легковых автомобилей и т. п.), после холодной прокатки имеет механические свойства, обеспечивающие высокую штампуемость. Электротехническая сталь толщиной 0,1-0,5 мм, предназначенная для изготовления трансформаторов, электродвигателей и других электротехнических приборов, после холодной прокатки имеет высокую магнитную индукцию и низкие потери на гистерезис. Холодной прокаткой производят также жесть (0,10-0,35 мм), кровельные листы (0,3-0,6 мм), листы и ленты из легированных сталей и сплавов со специальными свойствами.
Кроме непрерывных станов, для холодной прокатки листа применяют одноклетевые реверсивные станы (для прокатки рулонов разнообразного сортамента - по толщине, ширине, маркам и т. д.), причем тонкие полосы (толщиной 0,1-0,3 мм) и особо тонкие (толщиной до 2 мкм) прокатывают на двадцативалковых станах. На реверсивных станах прокатку ведут в несколько проходов, поэтому с обеих сторон клети устанавливают барабанные моталки.
Следующая технологическая операция - дрессировка, т. е. холодная прокатка без смазки с обжатием 0,5-3%. Цель дрессировки - правка, проглаживание и поверхностное упрочнение листа для предотвращения образования грубых полос скольжения при холодной штамповке. Для дрессировки устанавливают специализированные станы с рабочими валками диаметром около 500 мм. Для полос толщиной 0,1- 0,5 мм применяют непрерывные двуклетевые станы; для полос большей толщины - одноклетевые станы. Дрессировку осуществляют за один или несколько проходов после отжига.
Производство труб.
Металлические трубы изготовляют бесшовными или сварными (с прямым или спиральным швом). Бесшовные трубы применяют для работы в условиях повышенных давлений и температур (теплоэнергетика, бурение, добыча нефти и газа), сварные - для строительства нефте-, газо- и водопроводов, в химической промышленности и т. д.
Наиболее эффективный и прогрессивный метод изготовления труб - получение толстостенной заготовки (гильзы) на прошивном стане и дальнейшая прокатка ее на непрерывных станах. Эти станы состоят из нескольких клетей, расположенных друг за другом, причем труба обжимается в калибрах и направления обжатия в соседних клетях меняются на 90°. Регулируя с помощью электродвигателей и специального дифференциального редуктора скорости прокатки по клетям, можно вести прокатку с натяжением, что позволяет увеличить вытяжку за проход и при необходимости утонять стенку трубы.
В качестве раскатных станов часто используют автоматические станы, на которых изготовляют трубы диаметром 57-530 мм с толщиной стенки 3-30 мм. На валках двухвалковой клети автоматического стана нарезаны круглые калибры. В калибре на длинном неподвижном стержне установлена оправка. Гильзу задают в каждый калибр два раза с кантовкой на 90°, в результате чего уменьшаются толщина стенки и диаметр трубы. Если нужно изготовить трубы диаметром менее 57 мм, то проводят дополнительную прокатку на непрерывном редукционном стане. Прокатку ведут без оправки, направления обжатия в каждой клети меняются на 90°. При редуцировании диаметр трубы уменьшается на 10-60%, а толщина стенки в зависимости от условий прокатки может увеличиваться, уменьшаться или оставаться неизменной.
В трубных цехах имеется разнообразное оборудование для отделки труб: калибровочные станы, станки для шлифовки и полировки наружной и внутренней поверхности, нарезания резьбы на концах труб, оцинковочные агрегаты, роликовые правильные машины и т. п.
Литература: 6 осн. [149-275], 7 [37-302].
Контрольные вопросы.
Какие виды прокатки Вам известны?
Для чего проводят горячую прокатку?
Что входит в линию прокатного стана?
Чем отличаются листовая, сортовая и трубная виды прокатки?
Сколько прокатных валков может быть в одной прокатной клети?
Для чего применяют правильные машины?
Какие особенности у прокатного производства?
Что получают путем прокатки металла?

Лекция 11. Оборудование вспомогательного производства.
Разнообразие технологических процессов на обогатительных фабриках и заводах тяжелых цветных металлов обусловливает разнообразие пульп как по крупности, твердости и абразивности взвешенных частиц, так и по свойствам самой несущей жидкости. На обогатительных фабриках приходится, перекачивать нейтральные (неагрессивные), гидросмеси, но с твердыми абразивными частицами крупностью от долей миллиметра (пульпы флотационного передела и обезвоживания) до 10 мм и более (отходы обогащения и др.). На гидрометаллургических заводах перекачивают преимущественно кислые (агрессивные) и агрессивно-абразивные гидросмеси. Некоторые пульпы содержат до 200 г/л. серной кислоты и до 60 % взвешенных твердых частиц при температуре, достигающей 80 °С.
Перемещение пульп осуществляется специальными механизмами, называемыми насосами. По принципу действия их разделяют на центробежные, поршневые и диафрагмовые. В производстве тяжелых цветных металлов распространены центробежные насосы (рисунок 16). Насос состоит из рабочего колеса (турбинки) 4 и корпуса (улиты) 3. Колесо имеет несколько лопаток 1 криволинейного очертания и закреплено на конце вала 2. Корпусу придается спиральная форма с расширением в сторону выхода пульпы.

Рисунок 16 - Схема центробежного насоса

Работа насоса основана на принципе действия центробежной силы. При вращении колеса пульпа отбрасывается от центра к его периферии и прижимается к внутренней поверхности корпуса. В результате этого в центре колеса (у входа в него пульпы) создается разрежение и в насос, устремляется следующая порция пульпы. Так как центробежная сила действует непрерывно, то и пульпа поступает непрерывно. Этим и объясняется непрерывность процесса в центробежных насосах в отличие от прерывистого процесса поршневых насосах.
Каждый насос характеризуется основными параметрами: производительностью (подачей), напором, потребляемой мощностью и к. п. д.
На обогатительных фабриках насосы обычно устанавливают ниже приемного резервуара - зумпфа 5 (рисунок 17). В этом случае насос работает с подпором на стороне всасывания и высота всасывания hВС будет отрицательной.
Для песковых и грунтовых насосов рекомендуются: окружные скорости на выходе в пределах 2435 м/с (большие значения относятся к крупным насосам); углы наклона при выходе лопасти в пределах 2025° (большие углы соответствуют насосам с меньшей быстроходностью); углы наклона лопастей при входе в пределах 2539 °).


а с подпором на всасывании; б с всасыванием из зумпфа
1, 2 всасывающий и напорный резервуары соответственно;
3 всасывающая труба; 4 нагнетательная труба; 5 задвижка;
6 нарос; 7 обратный клапан; 8 зумпф
Рисунок 17 - Сxeмa установки центробежных насосов

Каждый насос имеет производительность при которой к.п.д. возрастает до наибольшего значения.. Этот режим называют оптимальным (наивыгодным) и при эксплуатации стремятся, чтобы он соответствовал нормальному режиму насоса. На диаграмме оптимальный режим показан наивысшей точкой на кривой; описывающей зависимость
· от Q. При отклонении от этой точки в ту или другую стороны величина к.п.д. уменьшается. Приведенной характеристикой руководствуются при выборе насоса и определении его параметров для нормальной работы в других режимах.
Насосы с боковым подводом пульпы
В зависимости от перемещаемой пульпы центробежные насосы разделяют на песковые и грунтовые. Это разделение носит условный характер, потому что каждый насос может перекачивать различные пульпы. По конструкции насосы разделяют на горизонтальные и вертикальные в зависимости от расположения вала. По расположению патрубка; подводящего к насосу пульпу, различают насосы с боковым и осевым подводом пульпы.
Пульповые центробежные насосы всех типов имеют общую принципиальную схему: они одноступенчатые с одним рабочим колесом, расположенным на валу консольно, с сальниковым уплотнением проточной части с двумя подшипниками качения. Насосы в основном различаются конструкцией проточной части: профилем и числом лопастей, профилем корпуса (отвода), расположением подвода пульпы и компоновкой деталей.
Основным типом пескового насоса с боковым питанием является конструкция марки Пс выпускаемая Уфимским заводом горного оборудования. Корпус 1 насоса (рисунок 18) состоит из двух деталей: спиральной части с отводящим патрубком и крышки 2. Вал установлен в съемном стакане, который может перемещаться в осевом направлении с помощью специального устройства 17 для регулирования зазора между рабочим колесом и промежуточным диском 4. Рабочее колесо закрытого типа. Профиль лопастей и их толщина отличаются от лопастей насоса ПН. Благодаря тому, что толщина лопастей колеса насосов ПН возрастает к периферии колеса в соответствии с повышением скорости и давления в канале, обеспечивается относительно равномерный износ сечения, лопасти. Лопатки насоса типа Пс имеют почти одинаковую толщину по всей длине, что исключает возможность равномерного износа.
Пульпа поступает в насос через подвод 7 (рисунок 18), выполненный отдельно от отвода корпуса насоса. Конструкция подвода позволяет поворачивать его на 180° в зависимости от расположения всасывающего пульпопровода. Сальник находится в теле подвода и состоит из мягкой набивки 11, фонарей 10, грундбуксы и резиновых манжет 9. Через фонарь внутрь сальника подается вода для создания гидрозатвора, препятствующего проникновению абразивных частиц. Наличие гидрозатвора и двух резиновых манжет значительно повышает степень герметичности в узле сальника.

1 корпус (отвод); 2 крышка; 3 колесо; 4 промежуточный диск;
5, 16 гайки; . 6 кронштейн; 7 подвод; 8 кольцо; 9 манжета;
10 фонарь; 11 набивка; 12 уплотнение; 13 хомут; 14 шарикоподшипник; 15 крышка; 17 регулировочное устройство; 18 вал;
19 роликоподшипник; 20 кронштейн-станина
Рисунок 18 - Песковый насос с боковым подводом пульпы типа Пс

ГОСТом регламентированы основные параметры песковых центробежных насосов всех типов и исполнений, а также насосы, предназначенные для перекачивания продуктов обогащения руд и глиноземного производства, песчаных и других абразивных гидросмесей с показателем рН от 6 до 8, плотностью до 1300 кг/м3, объемной концентрацией твердых включений до 25 % и температурой 560 °С. Предусмотрено изготовление насосов следующих типов: П с осевым (центробежным) входом пульпы, ПБ с боковым входом с проточной частью из износостойкого металла, резины (Р), абразивного материала на бакелитовой связке корундированные (К), горизонтальные и вертикальные.
ГОСТами также регламентировано изготовление титановых насосов для перекачивания особо агрессивных жидкостей с температурой от 40 до +80 °С, плотностью до 1800 кг/м3, с содержанием твердых включений размером менее 0,2 мм до 0,2 %; производительность насосов от 4,5 до 600 м3/ч, напор 9155 м.
Литература: 10осн. [244-258], 11 осн. [229-248].
Контрольные вопросы
Для перемещения каких материалов, применяются насосы на гидрометаллургических заводах?
На каком принципе основана работа насоса?
Какими параметрами характеризуется насосы?
Что представляет собой песковый насос с боковым подводом пульпы?
Каким образом подается пульпа в песковый насос?
Какие параметры песковых насосов регламентируются?
Из каких материалов рекомендуется изготавливать детали песковых насосов?

Лекция 12. Оборудования пыле-газоочистки
Осаждение пыли под действием силы тяжести (в основном крупных частиц) происходит в пылевых камерах и горизонтальных газоходах.
Пылевые камеры (рисунок 19) выполняют больших размеров (их длина может достигать нескольких десятков метров). Установленные на камерах люки (для очистки и удаления осевшей пыли), а также во многих случаях недостаточная плотность стен камер приводят к большому подсосу атмосферного воздуха в камеры. В результате увеличивается объем газов, снижается концентрация SO2 в газах (что нежелательно при дальнейшем его использовании) и др.
Для осаждения частица должна достичь дна камеры раньше, чем газовый поток вынесет ее. Самый длинный путь проходит частица, находящаяся вверху, непосредственно после входа в камеру.


Рисунок 19 - Схема пылевой камеры

Циклоны.
Циклоны являются весьма распространенным типом пылеуловителей. Уже в течение нескольких десятков лет их применяют для выделения из газовых потоков твердых и капельных частиц. В циклонах наиболее совершенных конструкций можно достаточно полно улавливать частицы размеров от 5 мкм и больше. Как было отмечено выше, улавливание пыли в циклонах основано на использовании инерции частиц (центробежной силы).
Запыленный газовый поток обычно вводится в верхнюю часть корпуса циклона, представляющего собой в большинстве случаев цилиндр заканчивающийся в нижней части конусом (рисунок 20). Патрубок входа газа в циклон в большинстве случаев прямоугольной формы обязательно располагают по касательной к окружности цилиндрической части циклона. Газы выходят из аппарата через круглую трубу расположенную по оси циклона.
После входа в циклон газы движутся сверху вниз, вращаясь вначале в кольцевом пространстве между наружной цилиндрической поверхностью циклона и центральной выходной трубой, а затем в корпусе циклона, образуя внешний вращающийся вихрь.
При этом развиваются центробежные силы, под воздействием которых частицы пыли (капли), взвешенные во вращающемся газовом потоке, отбрасываются к стенкам корпуса циклона как цилиндрической, так и конической его части. Приблизившись к конусу циклона, газовый поток начинает поворачиваться и двигаться вверх к выходной трубе, образуя внутренний вращающийся вихрь.

Рисунок 20 - Схема циклона

Частицы пыли (капли), достигшие стенок циклона, перемещаются вместе с газами вниз, откуда через пылеотводящий патрубок выносятся из циклона.
Движение частиц пыли вниз к пылеотводящему патрубку обусловлено не только влиянием силы тяжести. В первую очередь оно вызвано тем, что газовый поток у стенок цилиндрической и конической частей корпуса циклона не только вращается, но и движется вдоль оси циклона к вершине его конуса.
Поэтому циклон можно располагать не только вертикально конусом вниз, но наклонно, горизонтально и даже вертикально конусом вверх с движением газа снизу вверх по спирали.
Скрубберы.
Мокрые пылеуловители этого типа представляют собой вертикальные башни полые или с насадкой, по которым проходит газ и в которые тем или иным способом вводится жидкость.
В скрубберах с насадкой, предназначенной для образования большой поверхности соприкосновения жидкости и запыленных газов, газы обычно вводят снизу и выводят сверху. Промывную жидкость подают сверху и выводят снизу.
На рисунке 21 показан полый скруббер. Он представляет собой вертикальный полый цилиндр из листовой стали 1 с коническим днищем 2. Газы вводят сверху; они проходят через распределительную решетку, состоящую из перфорированных секторов 4, поворачивающихся для очистки их от осевшей пыли. Воду подают в скруббер через форсунки 3. Выходят газы из скруббера снизу; жидкость с уловленной пылью выводят снизу конического днища через гидравлический затвор. При агрессивном воздействии газов корпус скруббера изнутри защищают кислотостойкой футеровкой.

Рисунок 21 - Полый скруббер

Рукавный фильтр.
Учитывая необходимость установок рукавных фильтров, состоящих из более крупных единиц, чем даже 20-секциоиные фильтры типа РФГ с поверхностью фильтрации 560 м2. Площадь фильтрации каждой секции составляет 115 м2. У 20-секционного фильтра УРФМ, следовательно, площадь фильтрации равна 2300 м2.
Кроме укрупнения секций, фильтры УРФМ отличаются от фильтров РФГ пневматическим встряхиванием рукавов и пневматическим управлением клапанами.
На рисунке 22 изображен 20-секционный фильтр УРФМ. Корпус фильтра выполнен из листовой стали толщиной 4 мм и разделен на секции, заканчивающиеся бункерами 4. Газ в рукава входит через распределительную решетку 3, к штуцерам которой крепят нижние концы фильтровальных рукавов 13.
Размеры рукавов равны: диаметр 220 мм, рабочая длина 4020 мм. В секции имеется 42 рукава, они расположены в шесть рядов по семи рукавов в ряду. Посередине между рядами рукавов (по три ряда с каждой стороны) находится площадка 2 для обслуживания рукавов, которые изготовляют из синтетической или шерстяной ткани.
Рукава каждых трех рядов (21 рукав) крепят к раме 12, подвешенной в свою очередь к штоку пневмоцилиндра встряхивания 10.


а поперечный разрез; б продольный разрез
Рисунок 22 - Общий вид укрупненного рукавного фильтра

Мокрые электрофильтры. На рисунке 23 показан мокрый электрофильтр типа ШМК для очистки газов от тумана серной кислоты, мышьяка и селена.
Электрофильтр ШМК представляет собой вертикальный односекционный однопольный аппарат. Цилиндрический корпус электрофильтра стальной, футерован изнутри кислотоупорным кирпичом / по подслою из полиизобутилена. Крышка аппарата стальная и защищена листовым свинцом.
В верхней части корпуса находится стальная освинцованная решетка 3, к которой подвешены свинцовые осадительные электроды 2 в виде шестигранных сот. По оси каждого шестигранника свободно подвешен освинцованный коронирующий электрод 4 звездчатого сечения, прикрепленный верхним концом к коронирующей раме и натянутый снизу грузом.
Во избежание конденсации кислоты на поверхности изоляторов их коробки снабжены электрическими нагревательными элементами. В нижней части установлена двойная газораспределительная решетка 8.
Коронирующие электроды подвешены тягами 5 к траверсам, прикрепленным на опорных изоляторах; изоляторы находятся в коробках 7. Тяги 5 проходят внутри кварцевых труб; на тягах установлены защитные коронирующие диски 6.



Рисунок 23 - Общий вид мокрого трубчатого электрофильтра ШМК

В отличие от сухих электрофильтров пыль, осевшую на осадительных и коронирующих электродах, в мокрых электрофильтрах удаляют не встряхиванием, а промывкой.
В электрофильтре ШМК пыль (шлам) с электродов удаляют горячей водой после предварительного пропаривания электрофильтра и доведения в нем температуры до 8590° С. Улавливаемую кислоту сливают через патрубок из нижней части электрофильтра.
Литература: 12[526-651], 13[125-130]
Контрольные вопросы:
Какие типы машин используются для разливки металлов?
Какие металлы разливаются на карусельных разливочных машинах?
На каких разливочных машинах разливаются рафинированный медь и свинец?
Какие конструктивные особенности и разливочных машин с непрерывным и прерывистым движением карусели?
На каких машинах разливается цинк?
Для чего улавливается пыль в газовом потоке?
По каким принципом делятся пылеулавливающие установки?
Для чего применяется циклон?
Для чего применяется скруббер?

Лекция 13. Организационная структура службы отдела главного
механика металлургических предприятий.
Организация комплекса работ по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту основного технологического и механического оборудования и руководство этим комплексом на заводах цветной металлургии возложены на отдел главного механика (ОГМ), задачей которого является обеспечение работоспособного состояния и нормального функционирования оборудования.
Этот отдел координирует и направляет деятельность цехов и служб завода по подготовке месячных, квартальных и годовых планов и графиков технического обслуживания и ремонтов оборудования, разрабатывает мероприятия по их осуществлению и контролирует их выполнение.
В ОГМ поступают заявки на запасные части и детали оборудования, на основе которых составляются сводные заявки и оформляются наряды и заказы на приобретение и изготовление деталей.
В состав ОГМ входят технический аппарат отдела, ремонтно-механический цех и центральный склад запасных частей и деталей оборудования.
Отдел главного механика руководит также работой механиков цехов и ремонтных подразделений завода, выполняющих текущий ремонт оборудования, организует работу по централизованному капитальному ремонту оборудования, осуществляемому субподрядными организациями или в специализированных цехах капитального ремонта завода.
Возглавляет ОГМ главный механик, подчиняющийся непосредственно главному инженеру завода.
В состав технического аппарата ОГМ входят бюро планово-предупредительного ремонта оборудования (БППР).
Ремонт оборудования, организуется и проводится в соответствии КС инструкциями и нормами, которые изложены в Положении с ППР.
Для качественного проведения планово-предупредительных ремонтов оборудования на предприятиях должны быть организованы специализированные ремонтные бригады для проведения технических осмотров и текущих ремонтов.
Для осуществления централизации ремонтов оборудования на крупных предприятиях созданы ремонтные цехи или заводы, а на малых предприятиях организованы ремонтные участки и бригады, специализирующиеся на ремонте оборудования и подчиненные главному механику.
Для бесперебойного обеспечения ремонтных работ запасными частями на предприятиях организуются центральные склады запасных частей, а также готовых к установке часто сменяемых узлов.
В ремонтно-механических цехах или в центральных механических мастерских предприятий должно быть организовано изготовление запасных частей и деталей, доставляемых затем на центральный склад; там же хранятся покупные запасные детали, узлы и материалы.
Наиболее распространенной формой организации ремонтов оборудования на предприятиях является централизованная, при которой капитальные ремонты основного технологического оборудования выполняются преимущественно специализированными организациями, а текущие -преимущественно специализированными цехами, участками и бригадами, подведомственными главному механику завода.
При подготовке ремонта крупного оборудования необходимо составление проекта организации работ (ПОР), который разрабатывается организацией-исполнителем и согласуется с заказчиком. Сроки проведения ремонта определяют оперативным сетевым графиком; их согласуют со всеми соисполнителями ремонта и утверждает заказчик.
В проекте организации ремонтов должны быть предусмотрены технические средства для механизации работ, подлежащих исполнению (в том числе грузоподъемные механизмы и такелажные приспособления), состав и классификация ремонтного персонала входит организация и получения, доставки и хранения узлов и деталей оборудования, организация ремонтных и монтажных участков и площадок на месте производства работ, а также мероприятия по безопасности их выполнения.
Эксплуатация и межремонтное обслуживание оборудования
В производственных условиях Используемое оборудование должно обеспечивать непрерывный технологический процесс и соответствовать требованиям надежности и безопасности при эксплуатации.
Межремонтное обслуживание оборудования представляет собой комплекс мероприятий, направленных на поддержание машин и агрегатов в работоспособном состоянии, и подразделяется на следующие операции:
ежесменное техническое обслуживание;
ежесуточную проверку правильной эксплуатации и технического состояния оборудования;
периодические технические осмотры (ТО), выполняемые после установленной для данного оборудования наработки с применением средств технической диагностики.
При ежесменном техническом обслуживаний предусмотрены наружный осмотр, обтирка, чистка и смазка, оборудования; проверка: работы предохранительных устройств, масляных и охлаждающих систем, наличия и исправности ограждений; исправности контрольно-измерительных приборов, устройств автоматики, состояния и натяжения ремней, тросов и цепей; действия тормозов, приспособлений для остановки машин, а также состояния крепежных деталей.
При ежесменной сдаче-приемке действующего оборудования принимающий мастер, бригадир или машинист лично проверяют его состояние, делают запись об отклонениях и обнаруженных недостатках в журнале сдачи-приемки смены, а также о выполненных работах или мероприятиях по устранению этих недостатков.
Ежесуточная проверка правильной эксплуатации и технического состояния оборудования необходима для предупреждения внезапных отказов и преждевременного выхода оборудования из работоспособного состояния. Проверку осуществляют участковые или сменные механики и мастера; результаты ее записывают в журнал сдачи и приемки смен с указанием об устранении неисправностей.
Технические осмотры оборудования проводят совместно ремонтный и эксплуатационный персонал в заранее предусмотренные графиком сроки или при плановых простоях оборудования. Цель проведения технических осмотров действующего оборудования состоит в выявлении узлов и деталей, нуждающихся в ремонте, уточнении объема предстоящего очередного планового ремонта. Результаты технического осмотра заносят в агрегатный журнал.
Виды и методы ремонтов
Системой ППР предусмотрено выявление двух ремонтов: текущего и капитального, проводимых периодически в соответствии с месячными и годовыми графиками планово- предупредительных ремонтов.
Текущие ремонты, обозначаемые на графике ППР буквами Т1 ,Т2 , представляют собой основной вид ремонта в системе ППР, обеспечивающий в сочетании с узловым и агрегатным длительную работоспособность оборудования.
При текущем ремонте частично разбирают оборудование на узлы, заменяют или восстанавливают отдельные узлы и детали, осуществляют ревизию механизмов, их регулирование, заменяют или восстанавливают футеровку, проводят испытания после ремонта.
Текущие ремонты либо непосредственно на месте установки оборудования, либо на специальных ремонтных площадках, выделенных внутри производственного помещения цеха или участка.
Капитальный ремонт предусмотрен для полного восстановления первоначальных технических характеристик оборудования с целью обеспечения заданной производительности, точности выполнения производственных операций. Этот ремонт осуществляется преимущественно специализированными ремонтными организациями, которые в зависимости от объема работ на предприятии организуют ремонтные управления, участки или только бригады, обслуживающие данное предприятие.
Капитальные ремонты финансируют из амортизационных отчислений, и расчеты за выполненные работы ведутся по актам и счетам, оформляемым на основе договора между предприятием-заказчиком и ремонтной организацией-исполнителем. В капитальный ремонт входят: разборка оборудования на узлы и детали, очистка, промывка и сортировка (сталей, замена изношенных элементов оборудования новыми или восстановленными, ремонт корпусных и базовых деталей, сборка, регулирование и затем испытание машины под рабочей нагрузкой
Планирование ремонтных работ
Планирование работ по ремонту оборудования осуществляется в соответствии с нормативами, приведенными в Положении о ППР. Планы ремонтов оформляют в виде графиков ППР на основное оборудование, перечень которого утверждается руководством предприятия. На каждом предприятии должны быть составлены годовые графики ППР по основному оборудованию всего предприятия и годовые графики ППР по каждому цеху (участку) Кроме годовых графиков по каждому цеху (участку), составляют месячные графики ППР оборудования цеха.
На более длительный период Положением о ППР рекомендуется составлять по произвольной форме перспективный план капитальных ремонтов основного оборудования на 5-10 лет.
Отдел главного механика разрабатывает в конце календарного года годовые планы периодических ремонтов на следующий год и согласовывает их с производственным и технологическим отделами. Затем они утверждаются главным инженером предприятия, после чего, не позднее чем за 15 дней к» начала года, график доводят до ремонтно-механических цехов и специализированной ремонтной организации, обслуживающем предприятие
Годовой график ППР составляют на основании данных о состоянии технологического оборудования, нормативов периодичности и продолжительности ремонтов оборудования и перспективного плана капитальных ремонтов.
На основе годового графика ППР составляют месячные графики, в которых уточняют даты и продолжительность ремонтов При необходимости в месячные графики ППР включают ремонтные работы, не предусмотренные годовым графиком
Месячные графики подписывают главный механик предприятия, начальник цеха, его заместитель по оборудованию и утверждает главный инженер предприятия. Утвержденный месячный график ППР основной документ, согласно которому должны выполняться все работы по осмотру оборудования и его ремонту в планируемом месяце один экземпляр графика по начала месяца передают цеху для исполнения, а второй отделу главного механика для контроля
При планировании капитальных ремонтов оборудование в третьем квартале руководство цехов подает в отдел главного механика заявки на следующий год, на основе которых отделом главного механика заявки на следующий год, на основе которых отделом главного механика составляется титульные списки на капитальный ремонт оборудования, которые утверждается директором предприятия и рассылаются цехом не позднее чем за месяц до начала года.
Литература: 10[448-484]
Контрольные вопросы:
Как поддерживается работоспособность оборудования между ремонтами?
Как организуется ремонтная служба на предприятиях?
Какие виды ремонта оборудования существуют?
Как поддерживается работоспособность оборудования между ремонтами?
Как организуется ремонтная служба на предприятиях.

Лекция 14. Смазочное хозяйство металлургических предприятий.

Литература: 10[452-454].
Контрольные вопросы
Какие виды смазочных материалов Вы знаете?
С чего начинается организация смазочного хозяйства?
Какой документ является первичным при организации смазочного хозяйства?
Каким образом производится контроль качества смазочных материалов на предприятии?
Какова норма сбора и выхода регенирированного - масла «Индустриальное»?

Лекция №15 Основные методы и пути повышения надежности
металлургических машин
Срок службы многих видов технологических машин исчисляется десятками лет (металлургические краны, дробилки, мельницы и т. д.). Затраты средств, труда и материалов на поддержание и восстановление работоспособного и исправного состояния машины за полный срок службы в 5-10 раз и более превышают затраты на ее изготовление. Например, расходы на техническое обслуживание и ремонт некоторых типов мостовых кранов достигают их стоимости за 15 мес., вагоноопрокидывателей и конусных дробилок, особенно крупного дробления - за один год. Стоимость ремонтов оборудования плавильного передела до капитального ремонта в среднем превышает его первоначальную стоимость в 4-5 раз. Аналогичная картина имеется в других отраслях тяжелой индустрии.
При недостаточной долговечности машины изготовляют в большем количестве, чем нужно, что ведет к перерасходу металла, излишкам производственных мощностей, завышению расходов на ремонт и эксплуатацию. Поэтому повышение надежности объектов является одной из важнейших народнохозяйственных задач.
Особенностью надежности является ее связь со всеми этапами создания и эксплуатации объекта от момента формирования и обоснования идеи создания объекта до его списания и сдачи в лом.
Надежность объекта закладывается при его разработке. Она определяется конструкцией объекта и его узлов, уровнем стандартизации и унификации, применяемыми материалами, термообработкой, методами защиты от вредных воздействий, приспособленностью к обслуживанию и ремонту и другими особенностями. Надежность объекта обеспечивается при его изготовлении и зависит от уровня технологического процесса, который характеризуют: качество изготовленных деталей, качество сборки объекта и его узлов, методы контроля и испытания объекта, трудоемкость, материалоемкость и себестоимость изготовления и другие показатели.
Надежность объекта реализуется и поддерживается при его эксплуатации, хранении и транспортировании. Надежность проявляется только при использовании объекта и зависит от условий и методов эксплуатации, режимов работы, методов технического обслуживания и других эксплуатационных факторов.
Надежность объекта восстанавливается при его ремонте. Эффективность восстановления надежности объекта определяется принятой системой ремонта и ремонтопригодностью объекта.
Необходимый высокий уровень надежности можно достигнуть только при высоком уровне качества каждого этапа создания и использования объекта. Нельзя компенсировать недоработки предыдущего этапа на последующем этапе. Рассмотрим основные направления и пути повышения надежности металлургических машин при их создании и использовании.
Надежность объекта закладывается при его проектировании. Важным этапом проектирования является разработка и анализ технического задания, неглубокая проработка которого является одной из основных причин возникновения ошибок конструкторов. Поэтому для разработки и анализа технического задания должны привлекаться наиболее квалифицированные конструкторы и специалисты в различных узких вопросах проектирования.
Особое внимание должно уделяться начальному периоду проектирования - поиску принципа работы объекта, поиску схемы и структуры объекта, его узлов и механизмов, вариантов их конструктивных решений. Начальный период проектирования требует больших творческих усилий конструкторов. Недостаток времени на поиск наилучших технических решений, как правило, оборачивается значительными затратами в дальнейшем. Допущенные на стадии проектирования принципиальные просчеты не могут быть компенсированы на стадии производства и приводят к снижению эффективности объекта в эксплуатации. Большое внимание при создании объекта должно быть уделено экспериментальным исследованиям и испытаниям опытных образцов машин и их узлов. Рассмотрим основные направления повышении надежности машин при их создании: агрегатирование, ограничение уровня действующих нагрузок, применение объектов с высокой надежностью по своей природе, резерв, а также структурные методы повышения надежности.
Агрегатирование является методом компоновки машин или комплексов машин из взаимозаменяемых, унифицированных агрегатов. Агрегатом называется укрупненный унифицированный (нормализованный) узел машины или комплекса машин, обладающий полной взаимозаменяемостью, самостоятельно выполняющий отдельные функции. Характерными агрегатами являются электродвигатели, гидродвигатели, редукторы, насосы, тормозные устройства и т. п. Агрегатирование широко применяется при создании машин различного назначения и, в частности, при создании ПТМ и манипуляторов. Агрегатирование способствует существенному повышению ремонтопригодности машин.
Агрегатирование значительно упрощает и удешевляет своевременное и непрерывное совершенствование машин путем изменения конструкции морально устаревших узлов; позволяет наиболее рационально организовать производство машин, увеличить серийность отдельных узлов и снизить стоимость их изготовления на специализированных заводах благодаря более высокой степени механизации и автоматизации производства.
Агрегатирование значительно улучшает эксплуатацию и ускоряет ремонт машин. Агрегатный метод ремонта заменой неисправных узлов новыми или отремонтированными широко распространен в народном хозяйстве и, в частности, при ремонте машин металлургического производства.
Ограничение уровня действующих нагрузок является эффективным и широко применяемым методом повышения надежности машин.
Ограничение грузоподъемности металлургических кранов, транспортирующих ковши с расплавленным металлом, масса которых заранее неизвестна крановщику, регламентировано Правилами Госгортехнадзора (ст. 170 - 173). Эти краны должны быть оборудованы автоматическими ограничителями грузоподъемности, отключающими привод механизма подъема при превышении номинальной грузоподъемности крана. В свободно стоящих грузоподъемных кранах ограничители грузоподъемности реагируют не на силу тяжести груза, а на грузовой момент, предотвращая опрокидывание крана.
Ограничение уровня действующих нагрузок в конвейерах производится, например, в случае заклинивания полотна конвейера на трассе. Ограничителем является калиброванный штифт из хрупкого материала, встроенный в приводную звездочку и срезающийся при превышении действующей нагрузкой допустимого уровня.
Применение объектов с высокой надежностью по своей природе покажем на нескольких характерных примерах. Агрегаты без механических передач имеют практически неограниченный срок службы и нуждаются в значительно меньшем техническом обслуживании. В шаровых и стержневых мельницах используются безредукторные привода, в которых приводная шестерня, либо непосредственно барабан мельницы приводятся непосредственно от вала низкооборотного электродвигателя. В металлообрабатывающих станках применяются электрошпиндели.
Детали, работающие при напряжениях ниже предела выносливости, имеют практически неограниченный срок службы, соответствующий полному сроку службы объекта. Поэтому применение таких деталей весьма желательно для повышения надежности объекта.
Электрическое торможение (динамическое, генераторный режим, противовключением) взамен фрикционного применяется в подъемно-транспортных машинах, железнодорожном подвижном составе для поглощения кинетической энергии движущихся масс. При этом механические тормоза используются только как стопорные. Механический износ в таких тормозных системах практически отсутствует.
Система автоматического регулирования скорости при повороте конвертеров и миксеров, основанная на сложении механических характеристик трехфазного электродвигателя привода и тормозного устройства, может иметь в качестве тормозного устройства или двухколодочный тормоз с электрогидро-толкателем, или электрическую тормозную машину (динамическое торможение). Обе разновидности системы имеют примерно одинаковые показатели назначения. Однако долговечность электрической тормозной машины несравнимо выше долговечности механического тормоза, так как тормозной момент в ней создается электрическим способом, в то время как механический тормоз нуждается в периодической замене фрикционных элементов.
В системах управления кантователями и манипуляторами в настоящее время все более широкое распространение находит бесконтактное переключение как в цепях управления, так и в силовых цепях электроприводов. Бесконтактные переключающие устройства не имеют подвижных частей, подверженных электромеханическому износу. В системах управления лифтами и штабелерами широко используются индукционные датчики пути, часто в сочетании с транзисторными усилителями, взамен устройств с электромеханическими контактами. В качестве бесконтактных датчиков угла все большее применение находят сельсины или вращающиеся трансформаторы взамен потенциометрических датчиков угла с электромеханическими контактами. Использование бесконтактных устройств позволяет существенно повысить надежность систем управления.
Структурные методы повышения надежности объектов заключаются или в уменьшении количества элементов при их последовательном соединении, или в увеличении количества элементов при их параллельном соединении (в смысле надежности).
Литература:14 осн. [167-180].
Контрольные вопросы
На каких соответствующих этапах закладывается, реализуется и проявляется надежность?
В чем заключается сущность структурных методов резервирования?
Что включает в себя техническое диагностирование?
На чем основана единая система планово предупредительного ремонта?
Что представляет собой агрегат?









13PAGE 14215


13PAGE 14215




Рисунок 36Рисунок 215Рисунок 214Рисунок 8Рисунок 9Рисунок 10Рисунок 11Рисунок 12Рисунок 112Рисунок 121Рисунок 124Рисунок 125Рисунок 217Рисунок 218Рисунок 222 Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 5 Заголовок 6 Заголовок 7 Заголовок 8 Заголовок 915

Приложенные файлы

  • doc 5564550
    Размер файла: 723 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий