Файл: Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу.doc

Восстановительный обжиг применяется с целью перевода слабомагнитных оксидов железа в магнетит и последующего обогащения этих руд магнитным способом. В этом случае процесс восстановления идет по следующим раекциям:

3Fe₂O₃ + СО = 2Fe₃O₄ + CO₂;

3Fe₂O₃ + Н₂ = 2Fe₃O₄ + Н₂O.

Обжиг ведут при высоких температурах – 800-1000 ^оС и концентрациях СО и Н₂.

Несмотря на простоту этого способа, практическое его осуществление сопряжено с рядом серьезных трудностей. Обжиг должен быть организован таким образом, чтобы вся окись железа восстановилась до магнетита, вместе с тем недопустим переход Fe₃O₄ в FeO, так как закись железа слабомагнитна.

Наибольшее распространиение при восстановительном обжиге получили трубчатые вращающиеся печи и печи кипящего слоя.

Трубчатая печь представляет собой установленную на ролики трубу длиной от 30 до 60 м и диаметром 3,5-4 м, футерованную внутри огнеупорным кирпичем. Печь вращается со скоростью 1-2 об/мин. Угол наклона около 5^о. Внутри печи сжигается газ. Руда медленно перемещается внутри печи и за время пребывания ее (около двух часов) из нее удаляется влага и летучие, и происходит восстановление оксидов железа до Fe₃O₄.

Обжиговый цех из 30 трубчатых печей размером 3,550 м построен на ЦГОКе и перерабатывал до 10 млн.т гематитовых руд в год. В настоящее время цех законсервирован.

Более совершенными в технологическом отношении являются печи кипящего слоя, основным элементом которых служит горизонтальный под с большим количеством отверстий специальной конструкции. На под загружают руду и через слой пропускают горячие восстановительные газы с такой скоростью, чтобы частицы руды переходили во взвешенное (кипящее) состояние. Большая поверхность контакта твердого материала и газа обуславливает высокую интенсивность химических реакций. Однако несмотря на то, что восстановительный обжиг позволяет получать железорудные концентраты высокого качества, этот способ из-за своей высокой стоимости не нашел широкого применения.

7 Усреднение материалов,

---

ПОНЯТИЯ ОДНОРОДНОСТИ И УСРЕДНЕННОСТИ

СМЕСИ СЫПУЧИХ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Поступающие на меткомбинаты железорудные материалы при определенной величине среднего содержания железа в них, обычно имеют значительные отклонения. Так, при среднемесячной величине содержания железа в концентрате 64 %, в отдельные дни партии концентрата содержат от 62,5 % железа до 65,5 %. Отклонения составляют ±1,5 %. Такая колеблемость нарушает все металлургические процессы, особенно доменный, в котором снижается производительность и растет расход кокса. Поэтому на всех комбинатах осуществляют усреднение железных руд, целью которого является снижение колеблемости химсостава.

Для оценки однородности и усредненности материала следует применять методы математической статистики. Так, колеблемость содержания компонента следует оценивать не по абсолютному отклонению (±n %), а по среднеквадратичному отклонению – СКО или .

Известно, что колеблемость любого процесса оценивается дисперсией – D, a (или D = ²).

Среднеквадратичное отклонение железа рассчитывается по формуле

,

где Fe_ср–среднее содержание железа в группе анализов (выборке), %;

Fe_i – содержание железе в каждом анализе, %;

– сумма отклонений содержания железа во всей выборке от i = 1 до i = n, где n – число анализов в выборке.

Правильнее оценивать колеблемость в содержании Fe не по показателю Fe = 64 ± 1,5 %, а по величине . Tогда Fe = 64 %, = 0,5 %. Обычно для производственных целей можно принять абсолютное отклонение – R = 2 .

Чтобы при оценке колеблемости материала учесть величину содержания компонента – (Fe_ср) следует определять не только , но и коэффициент вариации – V = /Fe_ср. Коэффициент вариации можно назвать относительной колеблемостью.

Технология усреднения железных руд состоит в укладке прибывающих материалов в штабель послойно, с минимальной толщиной слоя, а затем отбирать материал в разрезе штабеля, пересекая все слои. Качество усреднения оценивается коэффициентом усреднения

---

,

где _исх– СКО до усреднения (исходное);

_кон– СКО после усреднения (конечное).

Обычно К_у колеблется в пределах 2-6(редко 9-10). Теоретически, при числе отбираемых проб усреднительной машиной слоев – n, дисперсия после усреднения составит

,

где D_исх – дисперсия до усреднения.

Из приведенного выражения определим зависимоеть качества усреднения от числа слоев.

D_исх = D_кон n;

;

откуда .

Коэффициент усреднения , следовательно .

Качество усреднения пропорционально корню квадратному из числа отбираемых слоев. Из опыта известно, что К_у может достигать 10, следовательно, число отбираемых слоев должно быть равным 100. Учитывая то, что коэффициент полезного действия усреднения равный 0,7-0,8, число слоев должно быть в пределах120-140.

Из опыта работы усреднительных устройств зарубежных комбинатов следует, что число слоев достигает 600-700 (иногда до 1000).

Наилучшие результаты усреднения получаются при использовании специальных усреднительных комплексов, состоящих из укладчика штабеля с образованием 600-700 слоев и заборщика, отбирающего из штабеля практически все уложенные слои.

Современный усреднительный комплекс работает на Карагандинском меткомбинате (Темиртау, Казахстан). Емкость современных рудоусреднительных складов достигает 250-400 тыс.т, что должно соответствовать не менее 15-20 дневной работе доменного цеха.

Вопросы усреднения неоднородных сыпучих материалов давно привлекают внимание многих исследователей, поскольку проблема колеблемости состава сырья является едва ли не определяющим фактором повышения качества готовой продукции и оптимизации технико-экономических показателей производства в любой отрасли, где производство предусматривает использование технологических смесей или шихт из разнородных по своему химическому составу или физическим свойствам материалов.

Именно поэтому в горнорудной, угледобывающей, металлургической, коксохимической, а также обогатительной отраслях промышленности инженерные задачи по повышению однородности и усредненности исходного сырья и промежуточных технологических смесей не теряют своей актуальности на протяжении многих лет, тем более в современных условиях экономической нестабильности, когда кардинальное решение этих вопросов путем реконструкции и технического перевооружения отдельных отраслей промышленности весьма проблематично.

---

Обзор всех попыток количественной оценки неоднородности смеси и описания процессов смешивания материалов показал, что у производственников до настоящего времени нет единого, общепринятого четкого толкования смысла терминов «однородность» и «усредненность» материалов, как нет и единого количественного критерия, объективно оценивающего эти характеристики.

В литературе, посвященной неоднородности и усредненности сыпучих материалов зачастую можно встретить традиционное утверждение, что «…по существу УСРЕДНЕНИЕ является смешиванием больших масс материала с целью УВЕЛИЧЕНИЯ ЕГО ОДНОРОДНОСТИ, в первую очередь по его химическому составу».

Подобная трактовка цели усреднения дезориентирует производственников в понимании природы однородности (или неоднородности) смеси, причин изменения колеблемости ее состава и сути процессов, происходящих при усреднении.

В пояснение к сказанному приведем пример. Рассмотрим две смеси, различных по своей исходной неоднородности. Для наглядности в качестве признака, по которому будем оценивать неоднородность, выберем крупность кусков, входящих в смесь.

Число кусков, входящих в смесь, и в первом, и во втором случае одинаково (N = 100); средневзвешенный размер кусков в смеси (64 мм) также одинаков. Однако первая смесь более неоднородна по крупности: в ее состав входят куски, сильно различающиеся по размерам (от 10 до 100 мм), в то время как во второй смеси всего два вида кусков, размеры которых (50 и 70 мм) разнятся не столь сильно, как в первой смеси.

Дисперсия состава материала от куска к куску в пределах массива, содержащего N кусков, характеризует неоднородность этого массива и определяется известной формулой



где N – число кусков в массиве;

X_i – контролируемый параметр состава і-го материала;

X – средняя по массиву величина этого параметра.

В нашем примере дисперсия состава от куска к куску в первой смеси более чем в три раза превышает аналогичный показатель второй смеси. Среднеквадратичное отклонение размера кусков при этом в первой смеси составляет 35 мм, во второй – около 19 мм.

---

Характеристики состава неоднородных по крупности смесей показана в таблице 7.1.

Таким образом, дисперсия состава материала от куска к куску однозначно определяется размером и относительным количеством разных кусков и является количественной оценкой его однородности: чем больше разнятся отдельные куски материала, (чем неоднороднее материал), тем больше дисперсия от куска к куску и наоборот.

Таблица 7.1 – Характеристики состава неоднородных по крупности смесей

Параметр	Смесь 1		Смесь 2
	Размер кусков, мм	Число кусков	Размер кусков, мм	Число кусков
і	Хі	Ni	Xi	Ni
1 2 3 4 5 6	10 20 30 40 80 100	10 10 10 10 30 30	50 70	30 70
Всего		100		100
Средняя крупность кусков в смеси, мм	64	–	64	–
Дисперсия крупности от куска к куску	1226,0	–	372,0	–
Среднеквадратичное отклонение крупности, мм	35,0	–	19,3	–

При перемешивании каждого массива даже самым тщательным образом, общее количество кусков и их размер не меняется (если только процесс перемешивания не сопровождается дроблением и истиранием кусков), то есть исходная неоднородность массива остается неизменной. Не изменяется при этом и количественная характеристика неоднородности – дисперсия состава от куска к куску. Последнее прямо вытекает из определения: от перемены мест слагаемых (взаимного расположения кусков) сумма (дисперсия) не меняется.

Следовательно, формулировка усреднения как операции перемешивания массивов материала с целью увеличения его однородности является некорректной, противоречащей представлениям о природе однородности и не отражает фактической картины происходящих при усреднении процессов.

---