ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТИРАНИЯ ОКИСЛЕННЫХ ОКАТЫШЕЙ

Самофалов Дмитрий Сергеевич

Должиков Вадим Сергеевич

студенты 3 курса, кафедра металлургии и металловедения СТИ НИТУ «МИСиС», г. Старый Оскол

Е-mail: Samofalof93@mail.ru

Тимофеева Дарья Сергеевна

cтудент 2 курса, кафедра экономики и менеджмента СТИ НИТУ «МИСиС», г. Старый Оскол

Тимофеева Анна Стефановна

научный руководитель, канд. техн. наук, доцент каф. металлургии и металловедения СТИ НИТУ « МИСиС», г Старый Оскол

Тимофеева Елена Михайловна

научный руководитель, канд. пед. наук, доцент каф. экономики и менеджмента СТИ НИТУ « МИСиС», г. Старый Оскол

в настоящее время для выплавки стали и чугуна все чаще используют окатыши, благодаря которым улучшается качество готового продукта и при этом наблюдается уменьшение расхода энергии.

В настоящее время увеличивается не только добыча железной руды, но и производство железорудного концентрата и окатышей [1, c. 4].

Так, в 2012 году темп роста по железорудным окатышам в 1 квартале составил 103,4 % по сравнению с 2011 годом. Металлургические заводы выплавляют сталь с использованием окатышей, а производят окатыши на горнообогатительных комбинатах, поэтому необходимо транспортировать их из других районов, иногда и отдаленных. Горнообогатительные комбинаты все окатыши поставляют не только по России, но и на экспорт, причем при этом окатыши претерпевают достаточное количество перегрузок. Поставки железорудных окатышей на октябрь 2012 года, например, для ОАО «Лебединский ГОК» по России составили 621 тыс. т, а на экспорт 375 тыс. т. [2, с. 11]. При перегрузках окатыши истираются, дробятся — в результате выделяется пыль, которая нарушает экологическую обстановку и окатыши теряют свою массу, то есть уменьшается их количество.

Большую роль в истирании и дроблении при транспортировке играет прочность на истирание.

Прочность на истирание определяется во вращающемся барабане по количеству образовавшейся пыли при вращении окатышей в барабане. Прочность на истирание зависит от состояния поверхности окатышей и определяет образование мелочи при взаимном трении окатышей [3, с. 35].

Согласно ГОСТ 26136-84 и ГОСТ 20784-75. 2.1. Для проведения испытания применяют: барабан внутренним объемом 0,314 м³, изготовленный из стального листа с толщиной стенок не менее 5 мм. На внутренней поверхности барабана по всей образующей цилиндра в продольном направлении приварены два равноотстоящих стальных уголка размером 50х50х6 мм. Барабан снабжен электроприводом и автоматическим устройством для остановки барабана. Весы лабораторные с погрешностью взвешивания не более 0,1 % от определяемой массы. Из объединенной пробы, полученной по ГОСТ 26136-84 и ГОСТ 20784-75. отбирают пробу массой 60 кг и крупностью: 5—25 мм — для окатышей. Пробу массой 60 кг делят на четыре части по 15 кг каждая для испытания в барабане. Насыпная плотность окатышей ρ = 2150 (кг/м³).

На кафедре металлургии и металловедения Старооскольского технологического института были проведены эксперименты по определению истирания окатышей. На основе теории подобия и моделирования сконструировали установку и рассчитали условия, эквивалентные условиям истирания окатышей в производственных условиях.

1.  Рассчитаем объем барабана V_Б и объем окатышей V_ок в производственном барабане.

2.  Коэффициент заполнения барабана:

Барабан нашей установки имеет диаметр D_у = 0,132(м), высоту h_у = 0,183 (м). Рассчитаем массу и объем окатышей необходимый для испытания.

1.  Обьем барабана

2.  Объем окатышей

3.  Масса окатышей для испытания

.

Сборочный чертеж установки истирания представлен на рис. 1.

Рисунок 1. Сборочный чертеж установки по истиранию окатышей

А) — вид сбоку; Б) — вид сверху.

Установка состоит из вращающегося барабана вокруг собственной оси и системы передаточных шкивов для изменения числа оборотов барабана (рис. 2). На платформе находится двигатель, работающий от сети переменного тока, выключатель.

Рисунок 2. Установка для истирания окатышей

Внутри барабана (рис. 3а) имеются две полки (рис. 3б), 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 (120 г), количество каждого класса в каждой пробе не изменялось.

а)                                                   б)

Рисунок 3. Составляющие части установки истирания:

а) внешний вид барабана, в котором истирают окатыши

б) вид сверху на открытый барабан.

Взвешивалась проба окатышей, затем засыпалась в барабан. В течение 10 минут проба находилась во вращающемся барабане (рис. 4). Необходимую скорость вращения барабана путем подбора движения окатышей в режиме истирания.

а)                                                       б)

Рисунок 4. а) Окатыши в барабане, б) пыль после истирания

После взвешивали пробу целых и разбитых окатышей (рис. 5).

Рисунок 5. Проба окатышей после испытаний в барабане

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

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

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

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 2.

На основе анализа научно-исследовательской литературы, выяснено, что покрытием могут служить следующие вещества: дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная, латекс синтетический , материалы лакокрасочные водно-дисперсионные, растворы на основе эпоксидных смол и др.

Таблица 2.

Истирание и дробление окатышей

Для исследования истирания окатышей использовали следующие материалы:

1.  Латекс синтетический

2.  Латекс акриловый

3.  ПВА

Для исследования истирания окатышей с применением покрытий использовали суспензии.

Методика покрытия окатышей суспензией:

1.  Провели подготовку покрытий:

A.  ПВА смешать с водой в объемном отношении 1:1,1:2,1:3

B.  Латекс акриловый смешать с водой по объему в объемном отношении 1:8, 1:16

C.  Латекс синтетический, готовый к употреблению.

2.  Окатыши одинакового состава взвесили (массы должны быть приблизительно одинаковыми).

3.  Разложили на ленте (аналог конвейера) по порциям.

4. 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).

Таблица 3.

Покрытия для окатышей и их удельный расход

5.  Удельный расход вещества покрытия определяли по формуле:

Q =(M –M₀) /М₀, где

где: М — масса окатышей с покрытием

М₀ — начальная масса окатышей.

6.  Последовательно проводили истирание в барабане для окатышей со всеми покрытиями, причем, для каждого покрытия проводились эксперименты не менее 5 раз. Затем результаты усредняли.

Результаты экспериментов по истиранию с применением различных веществ представлены на рис. 6.

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.

Рисунок 6. 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

Для внедрения данного предложения необходимо просчитать экономический эффект при использовании предложенного покрытия. Прежде всего, 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.

Технологическая схема установки покрытия окатышей суспензией ПВА включает следующие основные три стадии:

1.  Транспортировка ПВА автоцистерной.

2. Получение суспензии ПВА 1:2. Из расходной цистерны в соответствующие резервуар (вторую цистерну) подаётся ПВА и вода в соотношении 1:2.

3.  Покрытие окатышей, для этого необходимо дополнительное оборудование.

Производство окатышей составляет 2 млн. т. В год. В случае реализации данного мероприятия, годовое увеличение производства за счет снижения потерь на истирание составит 25140 т. Маржинальная прибыль от реализации дополнительно произведенного продукта при средней цене реализации 3575 руб/т. составит 21,4 млн. руб.

Рассчитаем эффективность реализации данного проекта:

1.  Капитальные затраты на закупку оборудования для нанесения покрытия составят 26,61 млн. руб. с учетом ПИР и монтажных работ. Подробный перечень затрат представлен в таблице 4.

Предполагается организовать круглосуточный режим работы с двенадцатичасовым сменным графиком работы. Поскольку для обслуживания установки требуется 6 человек, необходимо увеличить фонд оплаты труда для 6*4=24 человек.

Таблица 4.

Капитальные затраты на проект

Рассчитаем дополнительные затраты на сырье, вспомогательные материалы и затраты по переделу, необходимые для покрытия годового объема производства окатышей. Данные приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Материальные затраты на проект

Итого годовой экономический эффект:

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

Срок окупаемости проекта:

26,61/7,769 = 3,42 года.

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

Список литературы:

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

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

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