Развитие металлургии из комплексных руд. История металлургии

Опытные плавки производились на Липецком и Косогорском металлургических заводах.

Результаты исследовательских работ опубликованы в сборнике «Качественная металлургия Орско-Халиловского района». В этом сборнике помещены статьи инженера Б.Н.Преображенского «Рудная база Орско-Халиловского металлургического комбината», Н.И.Коробова «Перспективы доменного производства Халиловского металлургического комбината», профессора М.Е.Пильняка и инженера А.Е.Хлебникова «Мартеновский передел Халиловских чугунов».

В статье Н.И.Коробова отмечены особенности доменной плавки Халиловских руд, такие как малое содержание оснований в Халиловской руде требует добавки в шихту известняка, для использования пылеватых разностей необходимо применить агломерацию, по восстановимости латеритовые руды лучше оолитовых, высокое содержание глинозёма приводит к образованию больших количеств густого шлака, требующего большого перегрева, или добавки в доменную шихту разжижающих (доломитов, кварцевых песков).

В общей оценке Халиловских руд Н. И. Коробов указывает, что Халиловские руды лучше руд других известных подобных месторождений (например, Майями) по восстановимости и другим металлургическим свойствам. Шлак, получающийся при плавке руд, легко гранулируется и может быть использован в качестве строительного материала. По данным Н.И.Коробова качество Халиловских руд не вызывает сомнений в смысле их использования, условия доменной печи вполне нормальны, технико-экономические показатели можно считать установленными.

По мартеновскому переделу Халиловских руд в результате проведенных Московским институтом Стали и Сплавов научно-исследовательских работ было установлено, что мартеновский передел отличается своими особенностями и трудностями, а это повышает стоимость их передела, а также механические свойства Халиловских сталей на 25% выше обычных углеродистых, в силу чего они могут быть применены во всех отраслях машиностроения и промышленности.

После того как проведенными исследовательскими работами была установлена ценность Халиловских руд, преступили к проектированию завода. В 1938 г. были развернуты большие подготовительные работы: прокладка железнодорожной линии от станции Губерля Оренбургской железной дороги до Новокиевского месторождения, строительство электростанции, закладка карьеров, организация рудников.

Месторождения недостаточно разведанные были переданы в эксплуатацию, что привело к большим неудачам и неполадкам с чугунами, а в 1935 г. к полной консервации рудников.

Причиной этого послужило то, что чугуны, выплавленные из руд Орловского месторождения, оказались с весьма высоким содержанием хрома и от них отказались литейные почти всех заводов Союза. Металл, выплавленный в количестве нескольких тысяч тонн, был брошен в свалку. После этого интерес к халиловской проблеме пропал и проблема использования Халиловских руд была серьезно дискредитирована.

Для реализации изготовленного металла и широкого внедрения природно-легированных чугунов в промышленность было создано бюро «Чугунлегир». В период 1937—1938 годы. эта организация провела большую работу по изучению природно-легированных чугунов и внедрению их в промышленность.

Количество литейных, применяющих Халиловский чугун, быстро увеличивалось, в 1937 году —213 литейных в 1938 году – 254 литейных, природно-легированный чугун получил всеобщее признание.

Параллельно с работами металлургов (вернее, с небольшим отставанием) проводились научно-исследовательские работы центрального научно-исследовательского института цементной промышленности, в результате которых было установлено, что из шлаков, получаемых при доменной плавке Халиловских руд, может быть получен алюмосиликатный цемент – продукт, имеющий огромную ценность. Результатом этих исследований было решение о строительстве в г. Новотроицк цементного завода, через небольшое время воплощенное в жизнь.

В 1954 году началось полномасштабное строительство Новокиевского рудника под строящуюся первую доменную печь. Зимой 1955 года с рудника была отгружена первая партия железной руды и 5 марта 1955 года выплавлен первый чугун, давший рождение Орско-Халиловскому металлургическому комбинату.

С тех пор производство природно-легированной металлопродукции осуществлялось на икомбинате до 2000 года. Добыча и переработка её производилась на карьерах и дробильно-сортировочной фабрике Новокиевского рудника. Затем начиная с 1976 года дроблёная и сортированная руда подвергалась обжигу с окускованием во вращающихся трубчатых печах.

Максимальная производительность по добыче и переработке руды была достигнута в 1961 году в объёме 1536964 тонны. Всего за время работы комбината было переплавлено 19 млн. тонн хромо-никелевой железной руды.

Начиная с 1977 года потребность в природно-легированной хромоникелевой металлопродукции стала снижаться. Уже в 1978 году было выплавлено около 240 тыс тонн передельного и литейного хромоникелевого чугуна, а в 2000 году – 31 тыс. тонн.

В современных условиях мы несколько раз рассматривали вопрос целесообразности использования наших руд в металлургическом производстве.

Так, при изучении этого вопроса в феврале 2009 года было отмечено, что выплавка хромоникелевого чугуна в доменных печах сопровождается с большими расходными коэффициентами шихтовых материалов, топлива. Так расход рудной части на выплавку хромоникелевого чугуна возрастает до 2000кг/т и выше, расход кокса может составлять до 1200кг/т и более. Соответственно затраты на выплавку такого чугуна резко возрастают в сравнении с передельным чугуном. Расчёты показывают, что наибольшая эффективность выплавки хромоникелевого чугуна создаётся при условии неполной загрузки мощностей доменного цеха. В этом случае эффект при использованиихромоникелевого чугунана производство стали 14,1 млн.руб., при полной загрузке доменного цеха эффект от использования такого чугуна на производство стали отрицателен и составит -7,8 млн. т.

В варианте отгрузке чугуна на сторону при неполной загрузке доменного цеха эффект максимален и составит 33,4 млн. т. При полной загрузке доменного цеха эффект снижается до 11,5 млн.руб.

ГЛАВА 2

ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ РУД

В последнее время в связи с резким ростом цен на мировом рынке на никель, кобальт вновь внимание бизнеса и специалистов привлекают никельсодержащие руды, в том числе природно-легированные руды.

Группа месторождений включает Аккермановское, Новопетропавловское, Новогеоргиевское, Промежуточное, Малохалиловское, Орловское и Новотроицкое месторождения хром- и никельсодержащих железных руд, расположенных в пределах Гайского района и земель муниципального образования города Новотроицка Оренбургской области.

Руды Орско-Халиловской группы месторождений в настоящее время представляют значительный интерес для производства высокопрочного металла, используемого в мостостроении, судостроении, военной технике, а также изготовлении газовых труб большого диаметра в «северном исполнении».

Известно, чтовещественный состав, физико-механические и химические свойства руды в решающей степени определяют методы и технологическую схему её подготовки к металлургическому переделу. Природнолегированные руды Орско-Халиловской группы месторождений характеризуются весьма сложным вещественным составом и уникальными свойствами, тончайшим срастанием в них рудных и нерудных минералов и незначительной разницей в удельных весах между рудной и породной частями.

Формы нахождения химических элементов в Орско-Халиловских рудах имеют следующие отличительные особенности:

1 Широко распространены минералы переменного химического состава и индивидуализированные разности их имеют подчиненное значение, это обуславливается тем, что Орско-Халиловские руды состоят из тонкодисперсных, почти коллоидных частиц.

2 Количественное соотношение различных минералов подвержено значительным колебаниям, что обуславливает непостоянство химического состава руд. В частности, соотношение хлоритов и гидроокислов группы бурого железняка для разных участков толщи различно.

3 Руды испытывают значительные процессы превращения. Особое значение имеют процессы обохривания лептохлоритов, в результате чего образуются новые минералы.

Железо представлено в рудах минералами группы бурого железняка и лептохлоритов. Небольшое количество железа находится в форме магнетита и маггемита. Кроме этого, небольшая часть железа заключена в минералах группы хромшпинелид. Как магнетит и маггемит, так и хромшпинелиды образуют в руде мельчайшие включения, неравномерно распределенные по всей рудной толще. Наибольшее практическое значение имеет железо, заключенное в гидроокислах, которое обычно составляет 70—80% от общего количества железа. Только на Малохалиловском месторождении, где лептохлориты имеют наибольшее распространение, закисное железо лептохлоритов доходит до 50% от общего количества железа. Гидроокислы обычно образуют тонкодисперсные порошковатые массы, обладающие высокой пористостью.

Никель. Максимальные концентрации никеля приурочены к хлоритам, магнезиальным карбонатам и порошковатым охрам. Никелевые минералы встречены только в Аккермановском железорудном месторождении. Связь никеля с порошковатыми охрами и хлоритами указывает на то, что часть никеля находится в адсорбированной форме, а часть – в виде примеси к хлоритам, где она изоморфно замешает часть атомов магния.

Максимальные концентрации никеля приурочены к низам рудной толщи, но встречаются высокие содержания никеля и в верхних горизонтах конгломерато-оолитовых и оолитовых руд.

Кобальт. Концентрации кобальта связаны с марганцовистыми минералами типа псиломелан-вада (асбелан), максимальные концентрации (0,34%) приурочены к низам рудной толщи.

Хром большей частью заключен в хлоритах и минералах группы хромшпинелид переменного химического состава, которые представлены в руде мелкими реликтовыми включениями, имеющими неправильно угловатую форму. Поверхность хромитовых включений имеет мелкую трещиноватость. Часть хрома заключена в растворимых соединениях хрома, источником образования которых является первичный (остаточный) хромит. Размер хромитовых зерен различен, от сотых долей до 1,5 и 2 миллиметров (последние хорошо видны простым глазом в свежих штуфах руды). Это дает возможность на основании макроскопического изучения руд определить примерное содержание хрома в руде. Неравномерность в распределении хрома обуславливается характером распределения включений хромита и хромшпинелида.

Марганец. Преобладают землистые разности псиломеланвада. Обычно содержится в незначительных количествах (не более 2—3%). Образует включения и прожилки. В Аккермановском месторождении встречается высокое содержание марганца, в отдельных пробах достигающее 10—15%. Марганец представлен псиломеланвадом, пиролюзитом и полианитом.

Титан связан с магнетитом, часть которого относится к титаномагнетиту. Наибольшие концентрации титана (TiO

до 2—5%) приурочены к верхним горизонтам рудной толщи (конгломерато-оолитовым и оолитовым).

Кремний один из наиболее важных элементов Халиловских руд, содержание которого достигает значительных величин. Кремний в составе руд занимает второе место (после железа). Формы нахождения кремния различны и поведение его при доменной плавке может резко меняться. Минералогически кремний может быть представлен в следующих формах: кварц, кремний, опал и халцедон; ортохлориты; лептохлориты; серпентит; нонтронит; неопределимые глинистые частицы; другие нерудные минералы, занимающие в составе руд второстепенное место (роговая обманка, эпидот, мусковит).

Наибольшее количество кремния Халиловских руд заключено в минералах кварца, кремния, опала и халцедона, которые в рудах представлены по-разному: в виде мелких включений, прожилков, щебенки, натечных форм, друз, жеод.

Часто в порошковатых рудах кремний представлен микроскопическими включениями халцедона и минералами кварца, кремния, опала. В этом случае макроскопически кремний в составе руд не обнаруживается и руда имеет облик совершенно чистой разности бурого железняка при содержании кремнезема до 35—40%. Присутствие кремнезема обнаруживается только с помощью химического анализа.

Такая форма нахождения кремнезема обуславливает хорошую восстановимость кремния, что при доменной плавке высококремнистых руд приводит к получению высококремнистых чугунов, а при агломерации – образованию закисных соединений железа, которые, как известно, нежелательны для агломерата, так как понижают его металлургические качества. Хорошая восстановимость кремния обуславливается не только этим обстоятельством, но также и высокой микропористостью руд.

Алюминий связан с орто- и лептохлоритами, гидраргиялитом и коллоидальным алюмогелем. Некоторые количества алюминия заключены в неопределенных глинистых частицах. Глиноземом наиболее богаты верхние горизонты рудной толщи. В тех случаях, где алюминий связан с хлоритами, распределение его имеет более или менее равномерный характер. Кселинит, наоборот, образует галечки или бобы и поэтому содержание глинозема в этом случае подвержено резким колебаниям.

Магний главным образом представлен хлоритами, неотъемлемую часть которых он составляет. Некоторое, весьма незначительное, количество магния заключено в серпентините. В низах рудной толщи магний находится в виде карбонатных соединений (гидромагнезит), которые образуют почковидные скопления.

Кальций в рудах содержится в весьма незначительном количестве, содержание которого редко выходит за пределы 1,0 – 1,5%, и очень редко достигает 3—4%. Кальций представлен почти исключительно в форме карбонатных соединений, которые образуют мелкокристаллические массы, неравномерно распределенные в рудной толще. Повышенные концентрации кальция приурочены к нижним горизонтам рудной толщи, тогда как верха рудной толщи почти совершенно лишены карбонатов.

Сера в рудах, как правило, содержится в весьма незначительных количествах, содержание которой определяется обычно сотыми долями процента. Сера связана с пиритом и пирротином. Пирит обычно находится в тонко рассеянном виде, но иногда встречаются значительные скопления пиритовых конкреций, что приводит к резкому повышению содержания серы (до 1,0 – 1,5%).

Фосфор. Содержание фосфора варьирует в весьма широких пределах, от 0,02 – 0,03 до 0,96 – 1,0%. Минералы фосфорита не определены и форма его нахождения не установлена, максимальные концентрации фосфора приурочены к верхам рудной толщи, а нижние горизонты по фосфору более чисты.

Вода входит в состав бурого железняка и, в зависимости от количества последнего, содержание ее меняется в пределах от 6 до 18%. Часть воды связана с коллоидальным алюмогелем. Кроме этого, в Халиловских рудах имеется пленочная вода.

Ванадий в руде содержится в весьма низких концентрациях, что не представляет возможности установить форму его присутствия.

Цирконий связан с мельчайшими зернами циркона, спектральные анализы подтверждают присутствие этого элемента.

Медь встречается в рудах Аккермановского и Новопетропавловскогоместорождений, обнаружено содержание меди, равное 0,12%. Спектральные анализы подтверждают наличие меди. Медь присутствует в форме закисных соединений, более или менее равномерно распределенных по всей рудной толще, с преобладанием в нижних горизонтах.

Физико-механические свойства Халиловских руд весьма резко отличаются от обычных бурых железняков, и в этом месторождения Халиловской группы не имеют каких-либо аналогов среди прочих железорудных месторождений.