V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Окомкование тонкоизмельченных концентратов как метод окускования железных руд получил широкое распространение в мире с 1954 г., а в СССР – с 1963г [1]. По состоянию на 1990г. в мире работало 45 фабрик окомкования, на которых было произведено 236 млн.т. окатышей, в том числе в СССР 68 млн.т. Наряду с удовлетворением потребности страны в черных металлах увеличение добычи железных руд в значительной мере определялось также нуждами экспорта. В 1990 г. основная часть экспортируемой железорудной продукции отгружалась в страны Восточной Европы, незначительная – в развитые страны: Австрию, Швецию, Италию, Испанию, Финляндию, Германию и т.д.

За рубежом основными экспортерами железорудных окатышей являются Канада, США, Бразилия, Австралия, Венесуэла, Чили и др. Канада занимает четвертое место в мире по экспорту железорудной продукции и уступает лишь Австралии, Бразилии и Индии. Вместе с тем Канада занимает второе место в мире по экспорту окатышей, уступая лишь Бразилии [2].

Для России производство железорудных окатышей с каждым годом увеличивается.Так, в 2011году за 1 квартал было произведено 9,61 млн.т окатышей, а в 2012году в 1 квартале-9,97млн.т, то есть темп роста составил 103,8% [3].Поставки железорудных окатышей на октябрь 2012 года, например, для ОАО «Лебединский ГОК» по России составили 621 тыс.т, а на экспорт 375тыс. т. [4,с.11].При этом окатыши транспортируются в различные регионы по России и за рубеж При перегрузках окатыши истираются, дробятся - в результате выделяется пыль, которая нарушает экологическую обстановку и окатыши теряют свою массу, то есть уменьшается их количество.

К окатышам фабрик окомкования предъявляют следующие требования: окатыши фракцией 5-18 мм должны составлять 95%; допустимые интервалы колебания содержания железа ±0,25%; основности ±0,025%; содержание класса 5 мм; истираемость – не более 5% фракции менее 0,5мм; прочность на сжатие более 200 кг/ок.

Разрушающие напряжения ведут за собой образование мелких осколков и пыли.Так, при транспортировке 10 тысяч тонн ГБЖ по схеме: железнодорожный вагон - речная баржа - морское судно - система конвейеров бункер дает следующие результаты: содержание мелких фракций, в том числе и особо мелкой (-1мм), от 0,6 до 2,5 %. При этом было отмечено, что образующаяся металлическая пыль легко окисляется и оказывает активное разрушающее воздействие на различные лакокрасочные покрытия [6].

Обожженные окатыши в большинстве случаев транспортируют на большие расстояния, причем несколько раз перегружают, поэтому прочность окатышей, контролируемая на месте их производства, имеет большое значение. Испытание окатышей в холодном состоянии на истирание и раздавливание характеризует их стойкость во время транспортировки и перегрузки, но не является критерием для оценки поведения окатышей при их плавке [7].

Для исследования истирания и прочности обожженных окатышей нами была разработана методика проведения лабораторных испытаний (в условиях кафедры ММ ( СТИ НИТУ МИСиС) по определению истирания при перегрузках во время транспортировки обожженных окатышей.

Согласно методике,эксперимент проводился на приближенной модели ленточного конвейера. Сам конвейер имитировала емкость 1. Сброс окатышей проводился с высоты 2м в выполненный из фанеры короб 2, размеры которого во много раз превышают размеры емкости, из которой производился сброс (рис.1).

Рис 1 – Экспериментальная модель сброса окатышей с ленточного конвейера.

Прочность окатышей на сжатие для каждой отобранной пробы определялся по ГОСТ 4700.

Истирание окатышей проводилось по результатам изменения диаметра окатышей каждой фракции после каждого сброса. Для этого вначале и после каждого сброса измерялся усредненный диаметр окатыша по пяти измерениям диаметра каждого измеряемого окатыша, и при этом брали девять окатышей с каждой фракции.

Было выяснено, что по мере увеличения диаметра окатышей их истирание снижается, что объясняется уменьшением площади поверхности контакта окатышей друг с другом. Наибольшая степень истирания характерна для окатышей размером -11,2 +8мм, до 0,8%, в нижнем слое окатышей на обжиговой тележке, так как в этом случае сказывается дополнительное воздействие недостаточности обжига.

Таким образом, для повышения ударной прочности и сопротивления истиранию окатышей их размер должен лежать в диапазоне -16 +12,5мм.

Анализ представленных зависимостей показал, что наименьшее разупрочнение в результате перегрузок характерно для окатышей размером -11,2 +8мм, это объясняется тем, что в них в меньшей мере происходит накопление микротрещин, и мелкие окатыши, имеющие начальное значение прочности незначительное, быстрее разрушаются вначале. Более крупные окатыши меньше разрушаются, но образующиеся внутренние трещины являются причиной снижения прочности на сжатие при дальнейших сбросах или транспортировке.

Самая низкая прочность наблюдается у окатышей класса +16мм. Эти окатыши больше подвержены разрушению, чем окатыши размером -16 +12,5мм, и для них характерна наибольшая степень разупрочнения.

Снижение степени разрушения окатышей сопровождается увеличением их разупрочнения под действием ударных нагрузок.

Для уменьшения истирания окатышей на кафедре металлургии и металловедения были проведены эксперименты по истиранию рядовых производственных окатышей в лабораторном барабанном истирателе, который был сконструирован на основе теории подобия и моделирования в соответствии с заводским лабораторным. (рис.2)

Рис. 2.Установка для истирания окатышей

Внутри барабана имеются две полки, находящиеся на внутренней поверхности цилиндра и имеющие направление параллельное оси вращения барабана.Для испытания использовались окатыши с одного конвейера.Количество окатышей для каждой пробы соответствовало рассчитанному (120г), количество каждого класса в каждой пробе не изменялось.

Взвешивалась проба окатышей, затем засыпалась в барабан. В течение 10 минут проба находилась во вращающемся барабане .Необходимую скорость вращения барабана путем подбора движения окатышей в режиме истирания.

После взвешивали пробу целых и разбитых окатышей .

Методика определения окатышей на истирание:

1. Взвесить окатыши массой и засыпать в барабан

2. Закрыть барабан и закрепить его в стойках

3. Включить в сеть установку и зафиксировать время.

4. Через 10минут отключить установку, снять барабан и пересыпать материал на сита.

5. Подвергнуть материал, после испытаний в барабане классификации по классам: более 5 мм, менее 5мм но более 0,5мм и менее 0,5мм.

6. Различие в весе между начальной массой окатышей и суммарной массой продуктов классификации является потерями при испытаниях, которые складываются с массой материала менее 0,5мм.

7. Сопротивление окатышей истиранию (Х₁) в процентах вычисляют по формуле

где т₁— масса фракции свыше 5 мм после испытания в барабане, кг;

т₂— масса фракции менее 5 мм и свыше 0,5 мм после испытания в барабане, кг;

т₃ — масса фракции менее 0,5 мм после испытания в барабане, кг.

Результаты экспериментов окисленных окатышей, взятых с рабочего конвейера, представлены в таблице 1.

Таб. 1.

№п/п	Начальная масса окатышей, г	Масса окатышей после истирания, г	Количество пыли,г	Истирание, %	Дробление
					г	%
1.	120,0	118,3	1,7	1,42	0,7	0,58
2.	119,8	118,3	1,6	1,33	0,71	0,59
3.	120,0	118,9	1,65	1,37	0,67	0,55
4.	119,9	118,4	1,5	1,25	0,7	0,58
5.	120,1	118,63	1,47	1,33	0,7	0,58
Среднее значение величин истирания и дробления.				1,34	0,69	0,576

Для уменьшения истирания использовали следующие покрытия:латекс синтетический,латекс акриловый и ПВА. Покрывали окатыши суспензией, полученной соединением воды и названных выше веществ в различной пропорции. Через форсунку проводили распыление суспензий на окатыши, но перед разбрызгиванием взвесили суспензию. Затем после разбрызгивания ее снова взвесили, чтобы определить, сколько суспензии пошло на покрытие (таб.3).

№ п/п	Вид покрытия	Удельный расход покрытия (кг/т)
1.	ПВА 1:2	0,164
2.	ПВА 1:3	0,166
3.	ПВА 1:1	0,166
4.	Латекс синтетический	1,67
5.	Латекс акриловый 1:9	1,67
6.	Латекс акриловый 1:16	7,80

Удельный расход вещества покрытия определяли по формуле:

Q =(M –M₀)/М₀, где

М-масса окатышей с покрытием

М₀-начальная масса окатышей.

Эксперименты для каждого покрытия проводили не менее 5 раз, затем результаты усредняли.

Результаты экспериментов по истиранию с применением различных веществпредставлены на рис.3.

Рис.3. Результаты на истирание окатышей при использовании суспензий для покрытий :1 ряд- ПВА 1:2; 2 ряд - ПВА 1:3; 3 ряд- ПВА 1:1; 4 ряд- -ПВА1:3; 5 ряд-латекс акриловый ;6-латекс синтетический.

Анализ результатов эксперимента показывает, что суспензия ПВА 1:2 обладает наименьшей истираемостью, чем суспензии ПВА 1:1 и 1:3. Видимо, применение суспензии 1:1 дает распределение по окатышам не совсем равномерное из-за ее вязкости, а 1:3 – покрывает окатыши очень тонким слоем. Если же говорить о других покрытиях, то они явно имеют больший процент истираемости. Поэтому для уменьшения истирания предлагается использовать суспензию ПВА 1:2.При этом происходит достаточная экономия окатышей.

Нами просчитан экономический эффект при использовании покрытия окатышей. Предполагается, что будет создан участок в цехе обжига по покрытию окатышей. Капитальные затраты на закупку оборудования для нанесения покрытия составят 26,61 млн. руб. с учетом ПИР и монтажных работ. Производство окатышей составляет 2млн. т. в год. В случае реализации данного мероприятия, годовое увеличение производства за счет снижения потерь на истирание составит 25140т. Маржинальная прибыль от реализации дополнительно произведенного продукта при средней цене реализации 3575 руб/т. составит 21,4 млн.руб.

Рассчет дополнительных затрат на сырье, вспомогательные материалы и затраты по переделу, необходимые для покрытия годового объема производства окатышей, составят 13631тыс. руб. или 10,06 руб./т.

Итого годовой экономический эффект:

21,4 млн.руб. – 13,631 млн.руб. =7,769млн. руб.

Срок окупаемости проекта:

26,61/7,769 =3,42 года.

Учитывая, что срок амортизации оборудования составит 15 лет, проект экономически выгоден.

Кроме того, данные покрытия практически не оказывают никакого влияния на металлургические свойства окатышей, так как при температуре 30-60 градусов они выгорают, и количество веществ покрытий настолько мало (таб. 3), что особого влияния на работу устройств удаления газов они не оказывают. При этом снижение потерь на истирание за год составляет 25140т- это серьезное ресурсосбережение.

Использованная литература:

1. Железорудная база России. / Под редакцией В.П. Орлова, М.И. Виригина, М.И. Головакина.–М.: ЗАО «Геоинформмарк»,1998.–842с.

2. Новости черной металлургии России и зарубежных стран. № 1.–1998.–с. 96–102.

3. Бюллетень научно-технической и экономической информации.Черная металлургия.- 2012, №7.- с. 4.

4.Информационно-аналитический обзор технико-экономичских показателей горнорудных предприятий.Часть 1. Производство, поставки, запасы. Октябрь 2012год.Москва 2012г.,25с.

5.Тимофеева А.С., Тимофеев Е.С. Теплофизические особенности производства окисленных окатышей и металлизованного продукта: Учебное пособие. – Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2005. – 188 с.

6.Использование железа прямого восстановления при выплавке стали. Трахимович В.И., Шалимов А.Г. М.: Металлургия, 1982. 248с.

7.Маерчак Ш. Производство окатышей. Пер. со словац. М., «Металлургия», 1982, 232 с.

 

Код для цитирования: Скопировать