Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния теории и технологий переработки сталеплавильных шлаков 10
1.1. Способы переработки сталеплавильных шлаков 11
1.2. Анализ практики переработки сталеплавильных шлаков и исследовательских работ по совершенствованию технологий их обогащения 20
1.3. Переработка и использование сталеплавильных шлаков за рубежом 30
1.4. Выводы 36
Глава 2. Методики экспериментальных и теоретических исследований 38
Глава 3. Исследование состава, свойств и обогатимости конвертерных шлаков 52
3.1. Изучение вещественного состава конвертерных шлаков 52
3.2. Изучение структурно-текстурных особенностей первичного и вторичного конвертерного шлаков 60
3.3. Определение магнитных свойств конвертерных шлаков 64
3.4. Исследование дробимости конвертерных шлаков 66
3.5. Исследование измельчаемости конвертерных шлаков 68
3.6. Исследование микротвердости и микрохрупкости . конвертерных шлаков 70
3.7. Выводы 73
Глава 4. Разработка технологий глубокого обогащения конвертерных шлаков 74
4.1. Разработка технологии обогащения вторичных конвертер ных шлаков 75
4.1.1. Изучение влияния крупности и различных способов раз рушения шлаков на показатели их магнитной сепарации
4.1.,2. Изучение влияния скорости вращения ротора центробеж но-ударной дробилки на показатели магнитного обогащения конвертерного шлака 4
4.1.3. Изучение влияния корольков железа на показатели из мельчения и магнитного анализа конвертерного шлака 87
4.1.4. Определение оптимального способа сухой магнитной сепарации мелкозернистых конвертерных шлаков 97
4.1.5. Влияния крупности шлаков на показатели их магнитной сепарации во взвешенном состоянии 104
4.1.6. Влияние параметров сепарации во взвешенном состоянии на технологические показатели обогащения шлака 106
4.1.7. Разработка технологии переработки немагнитного продукта крупностью 350-0 мм 112
4.1.8. Разработка технологии переработки магнитного продукта крупностью 10-0 мм 114
4.1.9. Разработка технологии переработки немагнитного продукта крупностью 50 — 0 мм 117
4.1.10. Рекомендуемая технология переработки вторичных конвертерных шлаков на УПМШ 118
4.2. Разработка технологии глубокой переработки первичных конвертерных шлаков 121
4.2.1. Влияние крупности на показатели обогащения 191
первичного конвертерного шлака iZ1
4.2.2. Изучение влияния параметров сепарации во взвешенном состоянии на технологические показатели обогащения 122
4.2.3. Разработка технологии переработки первичных конвертерных шлаков 126
4.3. Выводы 132
Заключение 133
Библиографический список используемой литературы
- Анализ практики переработки сталеплавильных шлаков и исследовательских работ по совершенствованию технологий их обогащения
- Переработка и использование сталеплавильных шлаков за рубежом
- Исследование дробимости конвертерных шлаков
- Влияния крупности шлаков на показатели их магнитной сепарации во взвешенном состоянии
Введение к работе
Актуальность работы. Рациональное использование минерального сырья на всех стадиях его добычи и переработки является одной из важнейших экономических и экологических задач. Разработка высокоэффективных ресурсосберегающих технологий предусматривает не только экономически оправданную полноту извлечения основных и сопутствующих элементов, но также переработку и использование техногенного сырья – шлаков металлургического производства. Шлаки - это основной побочный продукт производства черных металлов, на их долю приходится около 70 – 85% всех отходов при выплавке чугуна и стали. Шлаки содержат до 22 – 24% железа, в том числе до 11 – 15% в виде корольков. Переработка конвертерных шлаков является обязательным элементом безотходной технологии, так как позволяет перерабатывать накопившиеся старые, исключить образование новых отвалов и связанное с этим отчуждение сельскохозяйственных угодий, устранить неизбежное в условиях шлаковых отвалов образование пыли, загрязнение водного и воздушного бассейнов.
Основными путями утилизации конвертерных шлаков является извлечение из них металла и использование его в агломерационном и доменном производствах. Одновременно перспективным является использование обезжелезненной части шлаков в строительстве, для закладки выработанного пространства при подземной разработке полезных ископаемых и в других отраслях промышленности.
Важнейшим вопросом, решаемым в процессе переработки шлаков, является полнота извлечения железа. Вторичные конвертерные шлаки, перерабатываемые на УПМШ ОАО «ММК», до 55 – 65% представлены классами крупности менее 15(10) мм, которые по используемым технологиям с применением сухой магнитной сепарации на барабанных и шкивных сепараторах обогащаются крайне неэффективно. Извлечение железа в магнитные продукты составляет всего лишь 33 – 34%. Первая операция магнитной сепарации производится на неклассифицированном материале крупностью 350 – 0 мм, что не позволяет подобрать оптимальные условия сепарации для крупных и мелких частиц. В результате в первой операции сразу же теряется 51,3% железа с немагнитным продуктом. Качество получаемых магнитных фракций также низкое. Так, массовая доля железа в магнитной фракции 10 – 0 мм, используемой в агломерации, составляет 35 – 37%. Первичные конвертерные шлаки с массовой долей общего железа 17 – 21% вообще не перерабатываются и вывозятся в выработанное пространство горы Магнитной, так как неоднократные попытки их переработки по действующей технологии не дали положительных результатов. Поэтому разработка высокоэффективных технологий переработки первичных и вторичных конвертерных шлаков является весьма актуальной научной задачей.
Целью диссертационной работы является разработка технологий глубо-
кой переработки конвертерных шлаков для увеличения выпуска и повышения
качества магнитных продуктов.
Идея работы заключается в использовании стадиального обогащения конвертерных шлаков с применением аппаратов центробежно-ударного дробления и сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии в замкнутом цикле, обеспечивающих селективную дезинтеграцию и высокоэффективное разделение конвертерных шлаков.
Основными задачами исследований являются:
- определение состава, свойств и обогатимости конвертерных шлаков;
- исследование процесса измельчения конвертерных шлаков;
- изучение процесса сухой магнитной сепарации конвертерных шлаков во взвешенном состоянии;
- разработка технологий глубокой переработки конвертерных шлаков.
Объект и методы исследования
Исследования проводились на пробах первичных и вторичных конвертерных шлаков ОАО «ММК», которые представляют соответственно верхнюю нижнюю и половины шлаков шлакового ковша.
Для решения поставленных задач использован комплекс физических, химических и физико-химических методов: химический, минералогический, спектральный, магнитный, гранулометрический анализы; метод определения микротвердости и микрохрупкости; методы определения дробимости, измельчаемости и оценки раскрываемости зерен; пондеромоторный метод определения магнитных свойств; экспериментальные исследования на непрерывной опытной установке для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии и лабораторной центробежно-ударной дробилке.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Использование в технологии переработки конвертерных шлаков центробежно-ударного дробления и сепарации во взвешенном состоянии целесообразно при распределенном характере корольков железа в шлаках и содержании свободных корольков более 5%. Повышение количества корольков железа с 5 до 15% обеспечивает увеличение степени раскрытия сростков с 28,2 до 36,4%.
2. Анализ влияния влажности шлаков на величину капиллярных сил, действующих при адгезии мелких частиц на поверхности более крупных, показал, что величина капиллярного взаимодействия максимальна при радиальном угле трехфазного периметра смачивания, равном 15 градусов. Для эффективного отделения налипших тонких частиц целесообразно использовать сухую магнитную сепарацию во взвешенном состоянии.
3. Теоретически обоснована и разработана новая технология стадиальной переработки шлаков, включающая центробежное измельчение и сухую магнитную сепарацию во взвешенном состоянии, которые обеспечивают высокую степень раскрытия сростков, избирательное разделение частиц шлаков и позволяют повысить технологические показатели по сравнению с традиционными технологиями.
Научная новизна работы:
1. Установлены закономерности влияния содержания корольков железа в шлаке в процессе его центробежного измельчения на характеристику крупности измельчаемого материала и качество получаемого магнитного продукта при последующей сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии. При увеличении содержания корольков железа с 5 до 15% крупность измельченного продукта уменьшается с 4,0 до 2,8 мм, а массовая доля железа в магнитном продукте сухой магнитной сепарации повышается с 34,5 до 36,7%.
2. Обосновано избирательное выделение магнитного продукта при сухой магнитной сепарации шлаков во взвешенном состоянии за счет выбора, в соответствии с разработанной методикой, параметров магнитного поля сепаратора, обеспечивающих не менее чем трехкратное взвешенное состояние частиц.
3. Для разработанной новой технологии глубокой переработки конвертерных шлаков предложена методика определения рациональных параметров центробежно-ударного измельчения и сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии. Для первичных шлаков скорость вращения ротора центробежно-ударной дробилки – 80 м/с, крупность исходного продукта – 8 – 0 мм, содержание корольков 15%, крупность измельченного продукта – 0,5 мм, напряженность магнитного поля сепаратора 85,2 кА/м, высота подъема магнитной системы – 0,025 м, угол подъема магнитной системы – 0,5о, скорость перемещения шлаков – 0,5м/с.
Практическое значение работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана технология обогащения вторичных конвертерных шлаков, которая предусматривает включение циклов дообогащения немагнитных продуктов крупностью 350 – 0 мм и 50 – 0 мм и перечистку магнитного продукта крупностью 10 – 0 мм. При этом полнота извлечения железа в магнитные продукты повышается с 33,6 до 51,1% и массовая доля железа в магнитном продукте крупностью 10 – 0 мм увеличивается с 35,0 до 45,1%. Дополнительно будут получены магнитные продукты крупностью 3 – 0 мм с общей массовой долей железа 35,8%. Разработана технология глубокой переработки первичных конвертерных шлаков, включающая три операции дробления до крупности 8 – 0 мм с последующими двумя стадиями сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии и замкнутым циклом сепарации в последней стадии. Технология позволит получать магнитный продукт крупностью – 0,5 мм с массовой долей железа 38,2% при извлечении железа в него 30,7%.
Обоснованность и достоверность исследований подтверждается удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований, а также использованием современных физико-химических методов анализа и обработки результатов.
Реализация результатов работы
Разработанная технология переработки вторичных конвертерных шлаков рекомендована для использования на УПМШ ОАО «ММК». Разработанная стадиальная технология глубокой переработки первичных конвертерных шлаков рекомендована для разработки проекта цеха по переработке металлургических шлаков. Созданная лабораторная установка для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии, позволяющая осуществлять замкнутый цикл обогащения, используется в учебном процессе для подготовки горных инженеров по специальности 130405 «Обогащение полезных ископаемых» в ГОУ ВПО «МГТУ».
Апробация работы
Основные выводы и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2008, 2010 гг.) и ежегодных научно-технических конференциях МГТУ им. Г.И. Носова по итогам научно-исследовательских работ 2008-2009 годов.
Публикации
По результатам работы опубликовано 6 статей, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 121 наименования, приложения и содержит 148 страниц машинописного текста, 32 таблицы и 43 рисунка.
Анализ практики переработки сталеплавильных шлаков и исследовательских работ по совершенствованию технологий их обогащения
В связи с этим, в 1996 году на НТМК введено в строй второе подразделение по переработке шлаков производительностью 3,1 млн т в год [55]. В первую очередь переработке были подвергнуты отвальные сталеплавильные шлаки, имеющие более высокое содержание металла по сравнению с доменными шлаками. Первая стадия отбора металла осуществляется на отвале при экскаваторной разработке массива и погрузке шлака в самосвалы. Вторая стадия - отбор крупного металла (более 350 мм) - на крановой эстакаде с помощью магнитно-грейферных кранов на решетке приемных бункеров, куда ссыпается привезенный из отвала шлак. Третья стадия - отбор металла в корпусе ручной выборки примесей (дерева, резины, кирпичей) и перед щековыми дробилками. Последняя стадия включает извлечение металла из каждой фракции готового щебня перед его складированием. Извлечение металла осуществляется с помощью электромагнитных барабанов и навесных электромагнитных систем.
В процессе освоения технологической схемы были выявлены специфические особенности отвальных сталеплавильных шлаков: влажность 5-7 %, большое содержание мелочи - до 40 % и значительное количество длинномерного металла, который проходит через ограничительные решетки приемных бункеров. Высокая влажность и значительное количество мелочи осложняли извлечение металла из шлака. Так, в немагнитной фракции 10 — 0 мм массовая доля железа достигала 17 — 19 %. Для более полного извлечения железа длина магнитной зоны была увеличена за счет установки дополнительного намагни-чивателя. Для улавливания длинномерного металла было разработано и смонтировано устройство, представляющее собой горизонтальный ролик, установленный за приводным барабаном ленточного конвейера с возможностью пере 23 мещения в наклонных пазах. Габаритный материал, ссыпающийся с ленты конвейера, попадает между приводным барабаном и роликом, негабаритный, в том числе и длинномерный, попадает на ролик, по которому направляется в специальный карман. В результате [52] производится металлопродукт следующих фракций: 10 - 0 мм (FeoCiy до 60%) - для аглопроизводства, 120 - 10 мм (Fe06m до 70%) - для доменных печей, более 120 мм (Fe0G,u до 90%) - для мартеновских печей.
С целью комплексного использования и повышения потребительских свойств шлаковой продукции ЦПТО НТМК, а также расширения направлений ее использования были исследованы способы снижения содержания ферромагнитных включений в отвальной массе шлака фракции 10 — 0 мм [56]. При транспортировании материала по ленточному конвейеру происходит его сегрегация по плотности и крупности. Мелкие и плотные железосодержащие частицы под действием вибрационных нагрузок от роликоопор и колебаний конвейерной ленты перемещаются в нижние слои, ближе к конвейерной ленте. В зоне действия подвесного железоотделителя магнитные частицы приобретают недостаточную электромагнитную индукцию для преодоления сил трения и сцепления, создаваемых транспортируемым потоком. В результате частицы металла остаются в шлаковой составляющей, а частицы шлака, захваченные ферромагнитными включениями, попадают в металлоконцентрат и снижают его качество. С целью устранения данного недостатка предложено переместить подвесной железоотделитель навстречу транспортному потоку на расстояние, исключающее его влияние на работу шкивного железоотделителя. Последний следует установить вместо приводного барабана ленточного конвейера.
Таким образом, в НТМК внедрена многоступенчатая технология извлечения металла из отвальных шлаков сталеплавильного производства с применением усовершенствованного оборудования, которая позволила получить хорошие показатели переработки шлаков. Положительным элементом используемой технологии является то, что магнитной сепарации подвергается расклассифицированный по крупности шлак. При выплавке стали в АО «Северсталь» [57] образуется ежегодно 1,6 млн т шлаков, в том числе: мартеновских — 420 тыс. тонн, электросталеплавильных — 80 тыс. тонн и конвертерных — 1100 тыс. тонн. Многие годы из сталеплавильных шлаков получали нефракционированный щебень для дорожного строительства и отбирали крупногабаритный лом, который после переработки возвращался в производство. Большая часть шлака не находила сбыта и складировалась. Вопросу переработки и утилизации шлаков на АО «Северсталь» посвящены работы [57, 58].
В 1994 году на комбинате спроектировали и пустили в эксплуатацию дробильно-сортировочную установку (ДСУ № 1), на которой стали перерабатывать ежегодно 600 тыс. т конвертерного шлака. Получаемая продукция -фракционированный шлак полностью используется при производстве агломерата (фракция 10-0 мм) и для выплавки чугуна в доменных печах (фракция 100 — 10 мм). Лом в количестве 40 тыс. тонн в год используется в сталеплавильном производстве.
Технологическая схема включает [57] отбор кусков шлака и лома размером более 400 мм и складирование их отдельно с последующим выделением крупногабаритного лома и разбиванием крупных кусков шлака. Из приемного бункера шлак поступает на пластинчатый питатель, из которого ленточными металлоотделителями извлекается лом, а шлак транспортером подается на грохот, где разделяется на два класса 60 — 0 и 400 — 60 мм. Верхний продукт дробится на щековой дробилке до крупности 100-0 мм и разделяется на фракции 10 — 0 и 100—10 мм. Поскольку конвертерный шлак содержит 20 — 22 % железа и имеет высокую основность, равную 3,4, то фракция 10-0 мм используется в качестве железосодержащей флюсующей добавки, заменяя часть известняка в агломерационном производстве.
Применение конвертерного шлака для выплавки чугуна позволило снизить расход известняка на агломерацию и повысить в агломерате массовую долю железа. Кроме этого снизился расход агломерата, поскольку утилизируется железо, содержащееся в конвертерном шлаке.
Переработка и использование сталеплавильных шлаков за рубежом
Магнитный анализ проводился на анализаторах УЭМ-1Т и 25-СЭ. Для нахождения доверительного интервала при определении извлечения железа в магнитный продукт выполнялись пять параллельных опытов. После расчета среднеквадратичной ошибки с учетом доверительной вероятности 0,95 и распределении по Стьюденту доверительный интервал составил +0,74 %.
Сухая магнитная сепарация выполнялась на сепараторе 138 БСЭ и установке для сепарации во взвешенном состоянии.
Напряжение в сети постоянного тока лабораторной установки для сепарации во взвешенном состоянии 220 В и потребляемая мощность обмоткой возбуждения 3,4 кВт. Скорость транспортирования исходного материала 0,5 м/с, а магнитного продукта — 2,5 м/с. Высота подъема извлекаемых частиц в начале магнитной системы 0,1 м.
Определение микротвердости основных компонентов шлака Метод измерения микротвердости регламентирован ГОСТ 9450-76. Твердость измеряют путем вдавливания в образец индентора (квадратной алмазной пирамиды с углом 136) под действием статической нагрузки Р в течение времени выдержки т (рис. 2.1).
Число твердости определяют [89] делением приложенной нагрузки в Н или кгс на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка в мм" по формуле HKB=P/S l,854P/d2, (12) где Нкв - микротвердость, определенная по методу восстановленного отпечатка, имеющего форму четырехгранной пирамиды с квадратным основанием, Н; Р - нормальная нагрузка, приложенная к алмазному индентору, Н; S - условная площадь боковой поверхности полученного отпечатка, мм"; d - среднее арифметическое длины обеих диагоналей квадратного отпечатка, мм. Основным вариантом испытания является метод восстановительного отпечатка, когда размеры отпечатков определяются после снятия нагрузки.
Испытание микротвердости проводится на приборе ПМТ-3 (рис. 2.2). Микротвердость на этом приборе определяют следующим образом. Исследуемый микрошлиф 1 кладут на столик 2 и при помощи микроскопа (окуляр 3 и объектив 4) выбирают место для нанесения отпечатка путем перемещения с помощью двух винтов столика 2. Поворотом всего столика на 180 вокруг вертикальной его оси рукояткой 5 подводят выбранное на шлифе место под острие алмазной пирамиды и поворотом рукоятки арретира 6 вдавливают в него пирамиду 7. Давление на пирамиду производится грузами, которые устанавливаются на площадку 8. Продолжительность выдержки под нагрузкой составляет 5 с. После этого обратным поворотом рукоятки 6 шток вместе с алмазной пирамидой и грузом поднимают в его прежнее положение. Затем предметный столик поворачивается до упора с помощью рукоятки 5 и шлиф оказывается под микроскопом для измерения длины диагонали.
Определение микрохрупкости основных компонентов шлака
Для определения хрупкости компонентов исследуемых шлаков использовали метод микрохрупкости, который позволяет оценивать хрупкость количественно [90, 91]. В основу метода положено явление увеличения числа трещин около одного отпечатка при увеличении нагрузки. Показатель микрохрупкости определяли на приборе ПМТ-3. Фактор хрупкости оценивается в зависимости не только от числа отпечатков с трещинами или числа трещин у отпечатка, но и от их характера. Средний балл хрупкости определяют по пятибалльной шкале, представленной в табл. 2.1.
Методика определения параметров сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии Способ сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии является новым процессом, характеризующимся значительными отличиями от процессов, реализуемых на барабанных и шкивных сепараторах: конструкцией, принципом работы и параметрами, влияющими на технологические показатели. Для обоснования избирательного выделения магнитного продукта при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии разработана методика, которая позволяет определять оптимальные значения параметров магнитного поля сепаратора.
Различают две группы параметров: конструктивные и технологические. К конструктивным параметрам относятся: число магнитов, напряженность на поверхности магнитов и зоны отбора магнитного продукта. Эти параметры не могут оперативно меняться в процессе работы сепаратора, поэтому их оптимальные значения устанавливаются в первую очередь.
К технологическим параметрам относятся: крупность разделяемого материала, напряженность магнитного поля сепаратора, высота и угол подъема магнитной системы, скорость перемещения материала. Данная группа параметров может оперативно регулироваться, поэтому определяется во вторую очередь. Для определения оптимальной напряженности магнитного поля сепаратора, изменяли высоту подъема и угол наклона магнитной системы. За 51 тем при установленном оптимальном значении напряженности изучали влияние скорости перемещения материала на технологические показатели.
Методика определения рациональных параметров центробежно-ударного измельчения
Поскольку шлаки не имеют монолитного строения и характеризуются распределенным содержанием корольков железа в количестве от 11 до 15%, поэтому была предложена методика определения рациональных параметров центробежно-ударного дробления и последующей сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии.
Одним из основных факторов при извлечении корольков из основной массы шлаков является крупность поступающего на дробление материала, которая определяется с учетом используемого оборудования в предыдущих операциях дробления. Далее при установленной крупности продукта изучалось влияние скорости вращения ротора дробилки на крупность измельченного продукта и его ситовую характеристику.
Для изучения влияния количества корольков железа, находящихся в шлаке, на процесс центробежно-ударного дробления использовали предварительно подготовленные, представительные пробы, не содержащие свободных корольков железа, и добавляли 5, 10 и 15% от массы навески. После измельчения проб конвертерного шлака оценивался результат влияния количества корольков железа на крупность измельченного продукта, его ситовую характеристику и показатели сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии
Исследование дробимости конвертерных шлаков
Магнитная фракция первичных конвертерных шлаков обладает в два раза меньшей магнитной восприимчивостью и удельной намагниченностью, чем магнетитовая фракция руды месторождения Малый Куйбас, и в 1,5 раза меньшей, чем магнитная фракция вторичных конвертерных шлаков.
Установлено, что конвертерные шлаки обладают сильномагнитными свойствами и для выделения магнитных фракций можно использовать магнитную сепарацию со слабым магнитным полем.
Проведенные исследования показывают (см. рис. 3.15), что при уменьшении крупности магнитной фракции вторичных и первичных конвертерных шлаков коэрцитивная сила возрастает, что обусловливает изменение магнитных свойств тонкоизмельченных частиц. 2 14000
Так, при уменьшении крупности магнитной фракции первичных конвертерных шлаков с 0,1 до 0,01 мм происходит повышение коэрцитивной силы с 5250 до 12100 А/м. Для вторичных конвертерных шлаков при уменьшении крупности магнитной фракции с 0,1 до 0,01 мм происходит повышение коэрцитивной силы с 6850 до 10800 А/м. Увеличение коэрцитивной силы приводит к образованию прочных флокул и засорению магнитного продукта немагнитными частицами.
Важность процессов дробления и измельчения определяется тем, что они обеспечивают раскрытие сростков извлекаемых минералов с остальными и создают, таким образом, возможность получения более высоких технологических показателей. При исследовании дробимости конвертерных шлаков для сравнения их физико-механических свойств и определения производительности дробилки изучалась дробимость магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас. Ис 66 следования выполнялись по вышеизложенной методике. Результаты ситового анализа исходных и дробленых продуктов приведены в табл. 3.4.
Исследования показывают, что индекс чистой работы дробления для первичных конвертерных шлаков выше индекса чистой работы дробления магне-титовой руды и вторичных конвертерных шлаков. Это означает, что производительность дробилки, работающей на руде с месторождения Малый Куйбас, будет снижена в соответствии с формулой (3) на 11 % в случае работы ее на первичных конвертерных шлаках. Таблица 3.5 Величина индекса чистой работы дробления продуктов
Наименование продуктов Потребляемаямощностьпод нагрузкой,кВт Индекс чистой работы дробления,кВт-ч 0j5 мкмт Коэффициентувеличенияпроизводительностидробилки
Вторичные конвертерные шлакиПервичные конвертерные шлакиРуда месторождения Малый Куйбас 4,18 4,21 4,09 10,46 12,38 10,86 1,03 0,89 1,00
Снижение производительности является следствием того, что первичные конвертерные шлаки являются плотными, малопористыми конгломератами с корольками железа, что обусловливает увеличение потребляемой мощности дробилки при разрушении конвертерных шлаков. Следовательно, для осуществления глубокой переработки конвертерных шлаков необходимо1 применение нового высокоэффективного размольного оборудования.
Производительность дробилки в случае работы ее на вторичных конвертерных шлаках, в соответствии с формулой (3), может быть увеличена на 3 %. Повышение производительности является следствием того, что вторичные конвертерные шлаки являются сильнопористыми материалами, не имеющими монолитного строения.
Важную роль в технологии рудоподготовки имеет процесс измельчения, использование которого позволяет создать технологию глубокого обогащения с минимальными потерями ценных компонентов. Процесс измельчения является более энергоемким, чем процесс дробления. Поэтому изучение кинетических закономерностей процесса измельчения с целью установления оптимальных условий его проведения является актуальным. Изучению закономерностей процесса измельчения посвящено много исследований, которые обобщены в работах [72, 76, 79, 100, 101].
Кинетика измельчения магнетитовой руды и конвертерных шлаков приведена в табл. 3.6. Кинетика измельчения магнетитовой руды и конвертерных шлаков Время измельчения,мин Содержание класса -0,071 мм в измельченных продуктах, % Кварц Руда месторождения Малый Куйбас Вторичныеконвертерныешлаки Первичныеконвертерныешлаки 05102040 1 1017 39 51 414224857 614 21 37 55 515304457 На основе данных табл. 3.6 по формулам (5) и (6) рассчитаны параметры к и р, а затем по формуле (9) определена удельная производительность мельницы по классу -0,071 мм при измельчении продуктов до крупности 30, 40, 50 и 60% класса -0,071 мм. Результаты приведены в табл. 3.7.
Коэффициенты измельчаемости продуктов при различной тонине помола
Наименование продукта Коэффициент измельчаемости продуктов при содержании в измельченном продукте класса -0,071 мм, % 40 50 60
КварцРуда месторождения Малый КуйбасВторичные конвертерные шлакиПервичные конвертерные шлаки 1,00 1,1312,25 0,42 1,000 1,1281,75 0,6 1,001,1261,230,8 1,0001,1291,150,9
Приведенные в табл. 3.7 и 3.8 данные показывают, что первичные конвертерные шлаки измельчаются хуже, чем кварц, магнетитовая руда и вторичные конвертерные шлаки. Снижение коэффициента измельчаемости свидетельствует о том, что первичные конвертерные шлаки — это крепкие, плотные, малопористые массы с корольками железа.
Были проведены исследования по определению микротвердости основных компонентов конвертерного шлака (корольки металла, высокоосновные силикаты кальция и алюминаты кальция). Испытания микротвердости производились на приборе ПМТ-3, который позволяет определять твердость при вдавливании в образец четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136 с приложением нагрузок от 2 до 200 г. Метод регламентирован ГОСТ 9450-76. Полученные результаты представлены в табл. 3.9. Таблица 3.9
Корольки металла имеют среднее значение микротвердости 1773 МПа, фаза высокоосновных силикатов кальция - 5920 МПа и фаза алюминатов кальция - 7413 МПа. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что шлаковая составляющая имеет большую твердость (в 3,3 раза) по отношению к металлической фазе.
Для оценки сопротивляемости материала механическому или тепловому удару используется метод микрохрупкости. Этот метод позволяет характеризовать хрупкость материала статистической кривой, выражающей зависимость числа отпечатков, растрескавшихся под индетером микротвердомера, от величины прилагаемой нагрузки. Сравнивая кривые микрохрупкости различных материалов с одинаковой зернистостью, построенные в интервалах средних нагрузок, можно сделать вывод о различиях в сопротивлении удару того или иного материала. Показатель микрохрупкости определяли на приборе ПМТ-3. Фактор хрупкости оценивается в зависимости не только от числа отпечатков с трещинами или числа трещин у отпечатков, но и от характера трещин. В основу метода положено явление увеличения числа и характера трещин около одного отпечатка при увеличении нагрузки. Результаты испытаний представлены на рис. 3.16.
Влияния крупности шлаков на показатели их магнитной сепарации во взвешенном состоянии
Крупность шлаков является одним из важнейших факторов, определяющих показатели сухой магнитной сепарации. С уменьшением крупности материала повышается степень разъединения компонентов и создается возможность получения более высоких технологических показателей. На практике сухую магнитную сепарацию мелкого материала осуществляют на барабанных и шкивных сепараторах [104 — 107]. Магнитная сепарация на барабанных и шкивных сепараторах происходит крайне неэффективно вследствие значительного механического выноса немагнитных частиц в магнитный продукт при однократном притягивании частиц и интенсивного слипания частиц, что снижает избирательность процесса сепарации. Особенно резкое снижение показателей сепарации происходит при повышении влажности исходного шлака за счет интенсивного агрегатирования частиц и налипания мелких немагнитных частиц на магнитные.
Поэтому для эффективного разделения мелких классов крупности необходимо использовать новый способ сепарации - сепарация во взвешенном сое 98 тоянии [108], которая характеризуется следующими особенностями: - магнитные частицы вытягиваются магнитной системой из слоя перемещающегося материала; - неоднократный подъем и отрыв частиц от магнитной системы за счет различия величин удельных магнитных сил, действующих на частицы и необходимых для их извлечения; - перемещение магнитных частиц с различными ускорениями; - резко изменяющаяся и убывающая по ходу перемещения материала максимальная напряженность магнитного поля.
Указанные особенности магнитной сепарации во взвешенном состоянии реализованы на сепараторе [108], схема которого представлена на рис. 4.14. Схема установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии: 1 — ленточный конвейер; 2 — лента для съема магнитного продукта; 3 -хвостовой барабан; 4 — магнитная система; 5 — приводной барабан; 6 - регулирующий шибер
Сепарация во взвешенном состоянии реализуется при перемещении материала в электромагнитном поле с резко изменяющейся и уменьшающейся по ходу движения материала максимальной напряженностью поля, которая обеспечивает неоднократное вытягивание частиц с различным ускорением из потока материала и отрыв от магнитной системы, в результате чего происходит ос 99 вобождение и выпадение механически увлеченных частиц, самоочистка сталкивающихся частиц от налипших мелких и неоднократная перечистка магнитного продукта. Повышение качества магнитного продукта происходит и в результате вибрации снимающей его ленты. За счет увеличения активной зоны сепарации повышается и полнота извлечения магнитных частиц.
Для установления избирательности процесса сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии было проведено обогащение конвертерного шлака на барабанном сепараторе и сепараторе во взвешенном состоянии. Результаты исследований представлены в табл. 4.2.
Ситовый состав и результаты магнитного анализа магнитных продуктов, полученных при различных способах сепарации шлака Класскрупности,мм Концентрат с барабанного сепаратора Концентрат сепарации во взвешенном состоянии
Сравнительные результаты сепарации шлаков (см. табл. 4.2) свидетельствуют, что при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии массовая доля железа повышается с 36,25 до 44,81%. Анализ состава магнитных продуктов показал, что повышение массовой доли железа произошло, в основном, за счет повышения избирательности разделения классов крупности - 3 + 1; - 1 + 0,5 и - 0,5 + 0 мм при одновременном снижении их количества. Уменьшение выхода мелких классов происходит в результате очистки магнитных частиц,
100 извлекаемых в магнитный продукт от налипших мелких. Эффект налипания мелких частиц в значительной степени повышается при повышении влажности. Связь между частицами обусловлена силами различной природы. Это молекулярные, электрические, магнитные, механические и капиллярные силы [109 — 111]. Молекулярное взаимодействие характеризуется ван-дер-ваальсовыми силами, проявляющимися между молекулами на расстоянии от одного до нескольких сот их диаметров, то есть проявляются они еще до непосредственного соприкосновения частиц. Величина сил зависит от природы материала частиц, их размеров, площади контакта, формы соприкасающихся частиц и расстояния между ними. Молекулярные силы проявляются, главным образом, в сухих сыпучих материалах. Для случая адгезии частицы на плоской поверхности величину молекулярных сил f можно определить по формуле [ПО] /м 8Л:Я2 где hoo - константа молекулярного взаимодействия по Лифшицу; II - величина зазора между взаимодействующими частицами, м; г - радиус частицы, м.
Поскольку величина зазора между взаимодействующими частицами значительна за счет наличия водной прослойки, то величина молекулярных сил мала и их действием можно пренебречь.
Электрические силы возникают только при контакте частицы с поверхностью, и они тем больше, чем значительнее контактная разность потенциалов. Эти силы пропорциональны площади контакта частицы с поверхностью, которая, в свою очередь, пропорциональна г2/3 [109]. Величина электрических сил сравнима с величиной молекулярных сил. Присутствие влаги в зазоре между закрепившейся частицей и поверхностью "исключает возможность проявления электрических сил.
Кулоновские силы проявляются когда частицы предварительно заряжаются под действием поля высокого напряжения и по своему значению пере 101 крывают молекулярные и электрические. Эти силы обусловливают взаимодействие при наличии избыточных зарядов на частицах и зазора между соприкасающимися телами и обратно пропорциональны квадрату радиуса частиц — 1/г". Они проявляются в начальный момент контакта. Проводимость материала частицы и зоны контакта, а также влага способствуют утечке заряда и снижению величины кулоновских сил, а, следовательно, и адгезии.
Магнитные силы будут проявляться в случае присутствия в сепарируемом материале ферромагнитных тел.
Механические силы проявляются в тех случаях, когда форма частиц отклоняется от сферической. При этом, чем сложнее форма частиц, тем больше вероятность их механического зацепления. Силы механического зацепления реализуются, в основном, в сыпучих материалах, испытывающих внешнюю нагрузку [110].
Капиллярные силы возникают при наличии мениска жидкости в зазоре между частицами и проявляются только после осаждения частиц и при относительной влажности воздуха более 65 %. При этом в зазорах между контактирующими частицами происходит конденсация паров воды. Капиллярная влага может находиться в сыпучем материале в различном состоянии. Если ее относительно немного, то под действием капиллярных сил она собирается в местах контактов между частицами, образуя дискретные мостики. Вода в зоне контакта частиц, образующая кольца (манжеты) или мостики, не сообщающиеся между собой, называется капиллярно-стыковой. С увеличением содержания воды в сыпучем материале возникает так называемое "канатное" состояние капиллярной влаги. При этом все поровое пространство может быть заполнено водой, но в порах, которые выходят на поверхность частицы, имеются вогнутые мениски, благодаря которым возникает и передается гидростатическое давление. Если происходит дальнейшее увеличение содержания влаги, то частицы полностью обволакиваются ею и образуется ограниченный объем воды (в некоторых случаях капля), наполненный частицами. Частицы удерживаются за счет поверхностного натяжения, которое действует на поверхности капли.
