ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КУЗЬМІНОВА СВІТЛАНА ДМИТРІВНА

УДК 669.162:669.785:621.929

УДОСКОНАЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ УСЕРЕДНЕННЯ

ЗАЛІЗОРУДНИХ МАТЕРІАЛІВ У ТЕХНОЛОГІЧНОМУ ЦИКЛІ

ЇХ ПІДГОТОВКИ ДО АГЛОМЕРАЦІЇ

Спеціальність 05.16.02 - “ Металургія чорних металів”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донбаському гірничо-металургійному інституті (ДГМІ)

Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

Петрушов Станіслав Миколайович,

Донбаський гірничо-металургійний інститут,

проректор по учбовій роботі, професор кафедри “Металургія чорних металів”

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Тарасов Володимир Петрович,

Приазовський державний технічний університет,

професор кафедри “Металургія чавуну”

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник,

Міщенко Іван Митрофанович,

Донецький інститут управління, доцент кафедри “Економіка та менеджмент”

Провідна установа:

Донецький науково-дослідний інститут чорної металургії,

лабораторія технології доменної плавки

Державного комітету промислової політики України, (м. Донецьк)

Захист відбудеться “__1__”___03___2001 р о _12__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.01 Донецького державного технічного університету за адресою:

83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, корп.5, ауд. 353.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, корп.2.

Автореферат розісланий “__29 _” ___01___ 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д 11.052.01

доктор технічних наук, професор __________________ Алімов В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В даний час життєздатність економіки країни значною мірою залежить від конкурентноздатності продукції металургійної промисловості. Якість готової продукції й економічність процесів металургійної переробки визначаються головним чином стабільністю складу вихідної залізорудної сировини та агломерату. Тим часом загальновідомо, що агломерат, вироблений на аглофабриках України і країн СНД, у декілька разів поступається по стабільності складу кращим зразкам закордонних виробників (по утриманню Fe ±1,0% проти ±0,2 – 0,3%, а по основності ±0,1 проти ±0,02 – 0,03). У сучасних економічних умовах вирішити проблеми стабілізації складу агломерату шляхом заміни безнадійно постарілого і зношеного устаткування усереднювальних складів і аглофабрик дуже важко.

У зв'язку з цим у даний час різко зросла актуальність пошуку резервів підвищення стабільності складу агломерату в існуючих умовах жорстких обмежень як матеріально-технічного, так і економічного порядку. Проте дотепер у дослідників немає об'єктивних даних про ступінь використання усереднювальних можливостей існуючих технологій, немає чітких уявлень про закономірності і причини формування коливань складу залізорудної сировини і готового агломерату. Відсутня також методика комплексного підходу до рішення технологічних задач по стабілізації складу агломерату при існуючій розмаїтості умов роботи окремих аглофабрик. Таким чином, гостро назріла необхідність у коректному аналізі процесу формування коливань складу агломерату на вітчизняних аглофабриках, що дозволив би конкретизувати джерело і причини коливань складу агломерату на будь-якій ділянці технологічного циклу від стадії видобутку руди до видачі готового агломерату.

Тому дослідження і розробка теорії і технології діагностики формування коливань складу агломерату з метою поліпшення показників його виробництва є актуальною задачею і має науковий і практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках науково-дослідних робіт ДГМІ (номера державної реєстрації 79022818, 01850066928, 81020318, 01890048446, 01900052093), що сприяють виконанню державних наукових програм “Концепція розвитку чорної металургії України”, “Національна програма розвитку гірничо-металургійного комплексу України”. Автор була виконавцем перерахованих робіт.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення стабільності складу агломерату шляхом розробки і впровадження заходів і пропозицій як результат дослідження закономірностей формування коливань складу шихтових матеріалів і готового агломерату на базі наскрізного комплексного аналізу технологічного циклу від стадії видобутку руди до видачі готового агломерату. Для досягнення поставленої мети сформульований і вирішений ряд задач: –

встановити основні закономірності і причини коливань складу агломерату для аглофабрик, що працюють у різних умовах сировинної бази і мають різноманітні схеми усереднення залізорудної сировини;–

кількісно оцінити усереднювальні можливості всіх ділянок технологічного циклу підготовки залізорудної сировини до агломерації в існуючих умовах виробництва;–

виявити “лімітуючі “ стадії в технологічному ланцюзі агловиробництва, що обумовлюють властивий агломерату діапазон коливань;–

установити кількісні оцінки впливу на процес формування коливань складу агломерату різноманітних чинників, як те: коливань складу вихідних залізорудних матеріалів; засобу їх об'єднання в загальний потік; впливу розгалуження потоків; технології формування і відвантаження штабелів (з огляду на параметри складів і технічні характеристики складського устаткування); впливу сегрегації на результати усереднення; впливу циклу роздрібнення, бункерів шихтового відділення і тракту звернення; впливу регулювання співвідношення між компонентами шихтової суміші;–

сформулювати загальні рекомендації по підвищенню стабільності складу агломерату;–

виконати теоретичний прогноз ефективності можливих змін технології підготовки залізорудної сировини до агломерації в існуючих умовах роботи аглофабрик і на основі його результатів розробити пропозиції і заходи щодо зниження коливань складу агломерату.

Об'єкт дослідження. Технологічний цикл підготовки залізорудної сировини до агломерації в реальних умовах роботи аглофабрик.

Предмет дослідження. Процес формування коливань складу агломерату на всіх стадіях технологічного циклу від моменту видобутку залізної руди до спікального відділення аглофабрики.

Методи дослідження. Використано методи математичного аналізу випадкових процесів і теорії ймовірностей у технологічних розрахунках; елементи теорії автоматичного регулювання при розробці алгоритму регулювання основності агломерату; методи фізичного моделювання і планування експерименту у лабораторних дослідженнях закономірностей сегрегації матеріалів.

Наукова новизна одержаних результатів.

- Вперше сформульована і вирішена наукова задача одержання агломерату стабільного складу в існуючих умовах виробництва, що полягає у використанні при підготовці залізорудної сировини до агломерації на всіх ділянках технологічного циклу від моменту видобутку руди до спікального відділення аглофабрики, наскрізного теоретичного аналізу процесу формування коливань хімічного складу агломерату.

- Вперше встановлені граничні усереднювальні можливості всіх ділянок технологічного циклу підготовки залізорудної сировини до агломерації в існуючих умовах виробництва шляхом кількісної оцінки комплексного впливу всіх значимих чинників на ефективність усереднення.

- Одержало подальший розвиток теоретичне уявлення про сегрегацію матеріалів у штабелі. Встановлено, що від 30 до 80% (у залежності від особливостей технології усереднення) коливань утримання заліза на виході зі штабеля обумовлено сегрегацією. Основною причиною сегрегації є форма і розмір кусків, а не їхнє розходження по питомій вазі (утриманню Fe), що значною мірою змінює погляд на існуючі принципи організації технології формування і відвантаження штабелів.

- Вперше аналітично обгрунтовано усереднювальний вплив роздрібно-сортувального відділення аглофабрики, установлено механізм впливу характеру коливань складу вихідного матеріалу, навантаження, що циркулює, операцій об'єднання відсіяних продуктів, порушень стаціонарного режиму роботи на частотний характер і розмах коливань утримання Fe у вихідному потоці циклу роздрібнення.

- Розроблено новий критерій оцінки якості регулювання основності агломерату, що полягає у визначенні часу запізнювання регулюючих впливів, повноти регулювання і ступеня його впливу на частотний характер і розмах коливань складу шихтових матеріалів шляхом використання параметрів взаємокореляційної функції утримання СаО і SiO2 Критерій дозволяє виявити не тільки необхідність змін технології регулювання, але і спрямованість цих змін у конкретних умовах роботи аглофабрики.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблена методика діагностики процесу формування коливань складу агломерату і результати виконаного на її основі аналізу дозволяють знизити коливання складу залізорудних матеріалів і готового агломерату на всіх стадіях підготовки сировини до агломерації без притягнення великих капітальних витрат, виконати теоретичний прогноз ефективності тих або інших змін технології підготовки сировини до спікання як при розробці заходів в умовах виробництва, так і в проектній практиці. Методика може застосовуватися в будь-якій галузі народного господарства, де технологічні процеси передбачають використання суміші різнорідних сипучих матеріалів: у кольоровій металургії, вогнетривкій і цементній промисловостях, при виробництві коксу й енергетичного вугілля і т.д.

Розроблено і рекомендовано до використання у виробничих умовах: засіб скорочення сегрегації матеріалів у штабелі, методи оптимізації режиму складування і відвантаження залізної руди та оптимізації технології усереднення залізорудних матеріалів на складах аглофабрик.

Розроблено і впроваджено у виробництво алгоритм регулювання основності агломерату, що дозволяє підвищити ефективність регулювання за рахунок використання оптимального розміру коефіцієнта регулювання й урахування похибок аналітичного контролю.

Розроблена і впроваджена у виробництво технологія дозування аглошихти на базі автоматичної системи аналітичного контролю (АСАК) на аглофабриці ММК ім. Ілліча, яка дозволила знизити середньоквадратичне відхилення (s) коливання складу агломерату в 1,4 рази, що забезпечило стабілізацію теплового режиму роботи агломашин і збільшення продуктивності аглофабрики на 1,2%.

Розроблені і впроваджені у вигляді змін і доповнень до технологічних інструкцій із виробництва агломерату на КарМК: система завантаження бункерів шихтового відділення, система подачі звернення в шихту, заходи щодо раціоналізації усереднення на складах аглофабрик. Загальний економічний ефект від упровадження на аглофабриці №2 КарМК склав 187,408 тис. карбованців у рік (у масштабі цін до 1991 року) за рахунок зниження середньоквадратичного відхилення (СКВ) коливань складу агломерату (по основності на 0,02, по утриманню FeО на 0,1%), що дозволило стабілізувати тепловий режим спікання агломерату і призвело до підвищення продуктивності аглофабрики на 0,95%.

Результати теоретичного аналізу закономірностей процесу формування коливань складу залізорудних матеріалів і готового агломерату можуть бути використані і уже використовуються в навчальних програмах при підготуванні лекційних курсів по відповідних дисциплінах.

Особистий внесок здобувача. У дисертації використана частина матеріалів теоретичних і експериментальних досліджень, які виконані і опубліковані в співавторстві зі співробітниками кафедри МЧМ Донбаського гірничо-металургійного інституту. Автору належать: основні ідеї цих досліджень; загальна методика діагностики процесу формування коливань складу агломерату в технологічному циклі від стадії видобутку руди до спікального відділення аглофабрики; алгоритми розрахунку усереднювальних можливостей циклу роздрібнення й оцінки ефективності регулювання складу агломерату як складові частини комплексу методик розрахунку усереднювальних можливостей основних вузлів аглофабрики; оптимальний алгоритм регулювання складу агломерату як складова частина програмного забезпечення системи АСАК, введеної в експлуатацію на аглофабриці ММК ім. Ілліча; розробка змін і доповнень до технологічних інструкцій із виробництва агломерату на аглофабриці № 2 КарМК.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації оприлюднені на Міжнародному симпозіумі “Гірничі науки в ХХI сторіччі” (Судак, 2000 р), Міжнародних науково-технічних конференціях “Безпека життєдіяльності на порозі ХХІ сторіччя” (Алушта, 1999 р), і “Екологія і безпека життєдіяльності - 2000” (Феодосія, 2000 р), науково-технічних конференціях Донбаського гірничо-металургійного інституту, на науковому міжкафедральному семінарі металургійного факультету ДГМІ (Алчевськ, 1999, 2000 р), на розширеному науковому семінарі кафедри рудно-термічних процесів і маловідходних технологій ДонДТУ (Донецьк, 2000 р).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 наукових робіт і одне авторське свідоцтво на винахід, у тому числі 4 статті у спеціалізованих наукових виданнях, рекомендованих ВАК для публікації результатів дисертаційних робіт.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'ятьох розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел, який складається з 118 найменувань, і 5 додатків. Вона включає 189 сторінок, у тому числі 124 сторінки основного тексту, 9 рисунків, 37 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У першому розділі зроблено аналітичний огляд сучасних проблем стабілізації складу залізорудних матеріалів у технологічному циклі їх підготовки до агломерації. Показано, що в існуючих умовах аглодоменного виробництва дуже гостро існує необхідність пошуку резервів підвищення стабільності складу агломерату.

Суть проблеми стабілізації складу агломерату з погляду вимог доменного процесу полягає не просто в зниженні абсолютного розміру дисперсії коливань складу агломерату, а в забезпеченні коливань, діапазон частот яких знаходився б за межами смуги пропускання доменної печі. Коливання, діапазон частот яких припадає на смугу пропускання (їм відповідають інтервали кореляції складу матеріалів від 200 до 4000 тонн), умовно називаються середньочастотними і є найбільше шкідливими для режиму доменної плавки. Коливання з інтервалом кореляції менше 200 т відносять до високочастотних (їх гасить сама піч), а коливання з більше 4000 т - до низькочастотних, що легко усуваються під час регулювання процесу доменної плавки.

Відповідно до теоретичних уявлень, процес усереднення полягає в перемішуванні порцій неоднорідного за складом матеріалу, у ході якого відбувається збільшення хаотичності взаємного розташування багатих і бідних кусків цього матеріалу. Чим краще усереднений матеріал, тим менше розміри скупчень близьких за складом кусків, і тем менше інтервал (протяжність) кореляції коливань складу матеріалу. Узагальненою характеристикою усередненості матеріалу є автокореляційна функція (АКФ) , що включає одну або декілька (k і 1) компонент з ваговими коефіцієнтами і інтервалами кореляції . Загальний розмір дисперсії коливань складу матеріалу залежить як від вихідної неоднорідності матеріалу (її характеризує розмір дисперсії складу від куска до куска , що у ході перемішування не змінюється), так і усередненості матеріалу (її характеризують параметри АКФ): із зменшенням інтервалу кореляції коливань у процесі усереднення загальна дисперсія зменшується в кінці кінців до . У цілому усереднювальна спроможність будь-якого пристрою або технологічної операції може рахуватися задовільною, якщо вона відповідає двом вимогам - з одного боку, повинно забезпечуватися перетворення вихідних коливань складу матеріалу, що усереднюється, в усе більш високочастотні (із відповідним зменшенням їх інтервалу кореляції) із метою зниження абсолютного розміру дисперсії, а з іншого боку, кінцевий діапазон частот коливань усередненого матеріалу повинний перебувати за межами смуги пропускання доменної печі.

Важливість і необхідність підвищення ефективності усереднення сировини для аглодоменного виробництва загальновизнані, проте дотепер багато питань теорії і технології усереднення не вивчені. У технічній літературі практично відсутня інформація про характер коливань складу залізорудних матеріалів, причини і закономірності формування цих коливань; відсутні також кількісні оцінки усереднювальних можливостей усіх ділянок технологічного циклу підготовки залізорудної сировини, оцінки внеску окремих чинників у загальну дисперсію коливань складу агломерату. Частково це пояснюється відсутністю методики комплексного урахування впливу всіх ділянок технологічного циклу підготовки сировини до спікання на кінцевий результат - частотний діапазон і дисперсію коливань складу агломерату, і відсутністю спроб дослідників і технологів реалізувати можливості вже існуючих методик теоретичного аналізу усереднювальних можливостей окремих вузлів аглофабрики через деякі труднощі їх математичного апарату, що потребує вільного володіння методами математичної статистики і теорії випадкових процесів.

У зв'язку з цим у даній роботі поставлена задача рішення цих проблем із погляду використання теорії усереднення в практиці агломераційного виробництва.

В другому розділі викладена методика аналізу закономірностей і причин коливань складу залізорудних матеріалів у технологічному циклі їх підготовки до агломерації.

Для виявлення резервів підвищення ефективності усереднення на всіх ділянках технологічного циклу, сформульовано і конкретизовано ряд задач, що потребують рішення, розроблено алгоритм діагностики процесу формування коливань складу агломерату в технологічному циклі агловиробництва і подано стислий опис використаних математичних моделей і їхніх можливостей. Конкретизована методика кількісної оцінки частотного спектра і дисперсії коливань складу залізорудної суміші для двох істотно різних засобів її формування - шляхом дозованої подачі матеріалів на збірний транспортер і шляхом почергової подачі різнорідних матеріалів у загальний штабель.

Третій розділ присвячений аналізу закономірностей усереднення залізної руди на стадії її видобутку і підготування до відвантаження споживачу, залізорудного концентрату на збагачувальній фабриці й аналізу ефективності усереднення залізорудної сировини на складах аглофабрик.

Аналіз виконаний для 4-х аглофабрик (і відповідних їм гірничорудних підприємств), що мають різні засоби усереднення сировини, різні технології формування залізорудної суміші і різні схеми організації потоків на вході в шихтове відділення. Три аглофабрики (аглофабрики №1 і №2 КарМК і аглофабрика ММК ім. Ілліча, №3) мають у своєму складі спеціально обладнані усереднювальні склади, на четвертій (ДМК ім. Дзержинського) усереднення сировини виконується на ділянці рудного подвір'я, обладнаного рудно-грейферними перевантажувачами та екскаваторами. На трьох розглянутих аглофабриках реалізовані в принципі прогресивні способи усереднення: усереднювальні машини УБ-350-1 на закритому складі аглофабрики № 2, двохстадійна схема усереднення залізорудної суміші на аглофабриці №3 і програмоване формування штабелів на рудному подвір'ї аглофабрики № 4. На аглофабриці №1 усереднення виконується на відкритому складі естакадного типу з автостелою і екскаватором.

Для виробництва тонни агломерату на аглофабриці №1 використовують біля 150 кг концентрату і 786 кг рудної суміші (аглоруда та відсів агломерату), що усереднюються на складі в окремих штабелях і в шихтове відділення подаються самостійними потоками. На аглофабриці №2 використовують лісаковський концентрат з утриманням Fe біля 49% (700 кг / т) і рудну суміш з 70% металургійних відходів (відсів агломерату, колошникова пилюка, окалина) і 30% аглоруд. На аглофабриці №3 формують концентратну (концентрат, вапно і аглоруда з підвищеним утриманням Fe) і рудошламову суміші, що усереднюються в окремих штабелях і в шихтове відділення подаються автономно. Витрата рудошламової суміші 220 кг / т, із них 144 кг відходів (шлами, відсів агломерату, колошникова пилюка і окалина). На аглофабриці №4 формується в штабелі рудошламова суміш із концентратів (біля 530 кг / т), аглоруд (330 кг / т), шламів і металургійних відходів (біля 130 кг / т).

Для всіх об'єктів виконаний комплексний наскрізний аналіз усереднювальних можливостей технологічного циклу підготовки металургійної сировини до агломерації від стадії видобутку руди до спікального відділення аглофабрики.

Усереднювальна спроможність окремих ділянок і технологічних операцій (табл. 1) оцінювалася максимально можливим розміром коефіцієнта усереднення, при розрахунку якого враховувалися технічні параметри устаткування, особливості технології процесу усереднення і вплив характеру вихідних коливань матеріалу, що усереднюється. Ступінь використання усереднювальних можливостей визначався шляхом зіставлення розрахункового теоретично можливого розміру коефіцієнта усереднення з фактичним (за результатами випробування матеріалу в начальному і вихідному потоках) на кожній окремій ділянці технологічного циклу. У ході аналізу виконувався також розрахунок відносного внеску різноманітних чинників у загальний розмір дисперсії коливань складу матеріалу у вихідному потоці на кожній ділянці. Таким чином були отримані кількісні оцінки впливу цих чинників на ефективність усереднення і виявлені основні джерела і причини формування коливань складу матеріалів у реально існуючих умовах роботи.

Встановлено, що характер коливань складу покладів рудних родовищ переважно низькочастотний, а середньоквадратичне відхилення (СКВ) утримання заліза за результатами геологічного випробування складає не менше 4 ё 5%, що відповідає межам коливань ±8 ё 10% (у ці межі укладається 95% всіх аналізів). На ділянці видобутку руди як шахтним так і кар'єрним способом, характер коливань складу руди змінюється убік підвищення її усередненості: низькочастотні коливання на 70 ё 80% заміняються середньочастотними і високочастотними. Ці коливання обумовлюють СКВ утримання заліза 2,6 ё 3,5 % (±5,2 ё 7,0%) у руді перед подачею її на склад. Переважно середньочастотний характер коливань зберігається й у вихідному потоці руди при відвантаженні споживачам, що є показником низької якості усереднення залізних руд на складах гірничорудних підприємств: СКВ утримання Fe в аглорудах складає не менше 1,5 ё 2,5% (± 3 ё 5%) при середньому утриманні від 48 до 56%.

Таблиця 1

Ефективність використання усереднювальних можливостей технологічного циклу підготовки залізорудної сировини до агломерації

Ділянка технологічного циклу Усереднювальна спроможність Ступінь використання

1. Стадія видобутку руди 2. Склади гірничорудних підприємств 3. Збагачувальна фабрика 4. Склади усереднення аглофабрик 5. Роздрібно-сортувальне відділення 6. Бункера шихтового відділення 7. Цикл звернення 8. Регулювання основності 2,5 ч 3,0 2,0 ч 2,5 1,7 ч 2,5 2,5 ч 5,0 1,3 1,2 ч 1,3 1,2 1,5 ч 2,0 0,8 0,7 ч 0,8 0,5 ч 0,6 0,7 ч 0,8 0,8 ч 0,9 0,7 ч 0,8 0,8 0,6 ч 0,7

Низька ефективність усереднювальних можливостей обумовлена двома причинами. По-перше, потужності складів, що існують, не дозволяють усереднювати залишкові низькочастотні коливання, тому що їхній інтервал кореляції на порядок вище ємності формованих штабелів. По-друге, наявне устаткування для формування штабелів (звичайно автостела або РГП), сприяють розвитку сегрегації руди по укосі штабеля, що призводить до появи в потоці руди, що відвантажують, додаткових середньочастотних коливань утримання Fe та знижує ефективність усереднення в 3 ё 4 рази.

Розрахункові оцінки показали, що існуючі склади гірничорудних підприємств як правило, не в змозі забезпечити вимоги технічних умов (ТУ) до якості руди, що відвантажують постачальникам: фактично досяжні межі коливань утримання заліза складають не менше ±2%, що в два рази вище меж, установлюваних звичайно ТУ. Невідповідність меж коливань утримання заліза в ТУ реально досяжним можливостям існуючого устаткування і технологій усереднення на гірничодобувних підприємствах є основною причиною перекручування паспортних даних на руду. У ході теоретичних розрахунків доведено, що розмах коливань найчастіше зменшується в 2 ё 3 рази, у результаті чого паспортні дані не мають необхідної достовірності.

Аналіз усереднювальних можливостей збагачувальних фабрик (Криворізького, Лісаковського і Соколовсько-Сарбайського ГЗКів) показав, що в ході технологічного циклу збагачування руда піддається значному усередненню: залізорудний концентрат перед подачею його на склад готової продукції набуває переважно високочастотного характеру коливань. Проте на складах значна частина цих коливань під впливом сегрегації трансформується в середньочастотні (особливо це характерно для криворізьких концентратів), що різко погіршує показник усередненості товарної продукції.

Досліджено закономірності сегрегації матеріалів по укосі штабеля і її вплив на розмір і частотний діапазон коливань при різноманітних способах формування і відвантаження штабеля. Встановлено, що основною причиною сегрегації є форма і розмір кусків, а не їхнє розходження по питомій вазі (утриманню Fe). Об'єктивним критерієм схильності матеріалу до сегрегації є параметр (0 < Z > 1), що характеризує максимально можливе самостійне розосередження окремих фракцій крупності в різних зонах по висоті укосу. У існуючих штабелях масштаб сегрегації досягає 70 - 80% від максимально можливої для даного виду матеріалу. Таким чином, коливання утримання Fe у штабелі рудної суміші, що складається з різних по своїй природі і хімічному складі матеріалів, визначається в першу чергу неоднорідністю її гранулометричного складу. Для зменшення масштабів сегрегації необхідно в першу чергу вживати заходів, що сприяють зменшенню довжини укосу сегрегації і збільшенню однорідності гранулометричного складу матеріалу в окремих порціях, що завантажуються в штабель. У зв'язку з цим руду на складі постачальника перед відвантаженням споживачу варто не конусувати, а навпроти, додатково сортувати по крупності, відвантажуючи руду з відкоту і середніх зон штабеля в різні вагони.

Усереднювальні можливості складів аглофабрик характеризуються коефіцієнтом не більш 2,5 ё 5,0 у залежності від типу складу і характеру вихідних коливань матеріалів, що усереднюються. Проте реальна ефективність усереднення набагато нижче усереднювальної спроможності штабелів. Мало того, у деяких випадках спостерігається явне розусереднення матеріалу: навіть якщо постачальник відвантажує добре усереднену сировину з високочастотним характером коливань, на складі аглофабрики до 50 % цих коливань під впливом сегрегації перетворюється в середньочастотні, що призводить до збільшення СКВ коливань складу в 1,5 ё 1,7 разів в порівнянні з початковим (на вході в штабель) потоком.

При спільному усередненні різнорідних матеріалів у загальному штабелі рудної суміші джерелом додаткових середньочастотних коливань є не тільки сегрегація, але і прояв особливостей існуючої технології почергової пошарової укладки окремих матеріалів у загальний штабель. Саме ці додаткові коливання обумовлюють від 75 до 98 % дисперсії складу рудної суміші на виході зі штабеля (табл. 2). Основні причини, що провокують ці коливання: варіації навантаження на транспортерах, що подають, порушення ритмічності постачань сировини і наявність перехідних прошарків у подовжньому напрямку штабеля (в окремих прошарках моменти чергування різнорідних матеріалів не збігаються з торцем штабеля). При формуванні штабеля за допомогою автостели наслідки сегрегації вдасться ліквідувати лише при організації відвантаження, що забезпечує одночасну подачу окремих порцій матеріалу з усіх зон торцевого зрізу штабеля (наприклад, при використанні рудоусереднювальної машини з повномірною бороною, що рихлить, на аглофабриці №2 КарМК). При відвантаженні штабеля екскаватором або РГП вплив сегрегації надається вирішальним (табл.2).

Таблиця 2

Причини коливань складу залізорудної суміші на виході з усереднювального складу

Характеристика А/ф 1 А/ф 2 А/ф 3 А/ф 4

Рудна суміш Рудна суміш Рудо-шламова суміш Концент- ратна cуміш Рудо-шламова суміш

Відносний внесок, (%) у дисперсію утримання заліза

Залишкові коливання складу 25,23 2,5 24,00 13,20 1,700

Сегрегація 61,41 0,45 76,00 86,80 21,00

Неоднорідність штабеля з торця 7,13 64,44 - 0 9,30

Коливання потужності шарів 1,68 6,09 - 0 2,40

Перехідні шари 4,55 26,52 - 0 65,60

Підсумок 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

Особливості технології усереднення

Тип усереднювального складу відкри- тий закри- тий закри- тий закри- тий рудне подвір'я

Місткість штабеля, тис. т 35 20,4 65 70 120

Число матеріалів у штабелі 6 7 1 2 7

Укладка штабеля А в т о с т е л а РГК

Відвантаження штабеля ЕКГ р/у машина УБ-350 РГК ЕКГ

Таким чином, усереднювальні можливості існуючих складів і технологій усереднення дуже обмежені, проте деякі резерви підвищення стабільності складу залізорудної сировини усе ж є. У першу чергу це оптимізація технології формування і відвантаження штабелів рудної суміші на складах аглофабрик, спрямована на зниження впливу сегрегації і зменшення структурної неоднорідності штабеля. Вживання заходів по скороченню середньочастотних коливань на складах постачальників недоцільне: досягнутий ефект буде неминуче зіпсований сегрегацією на складах аглофабрик. На гірничорудних підприємствах варто звернути особливу увагу на ліквідацію залишкових низькочастотних коливань. Хоча інтервал кореляції цих коливань легко піддається регулюванню і не є небезпечним із погляду смуги пропускання доменної печі, внесок його в загальну дисперсію коливань складу залізорудної частини шихти може виявитися істотним навіть при малій частці цих коливань у загальному спектрі. Оскільки існуючі потужності складів не дозволяють усувати ці коливання (або хоча б помітно скорочувати інтервал їхньої кореляції), заходи щодо їхньої ліквідації можуть бути реалізовані лише на стадії організації і планування добуткових робіт.

У четвертому розділі приведені результати дослідження процесу формування коливань складу агломерату на ділянці від шихтового до спікального відділень аглофабрики.

Виконано аналіз причин коливань складу агломераційної шихти на збірному транспортері шихтового відділення аглофабрики. Кількісно оцінений внесок окремих факторів у дисперсію коливань утримання Fe, SiO2 , CaО та основності. Встановлено, що для усіх аглофабрик вплив випадкових коливань витрати матеріалів при їхньому дозуванні в шихтовому відділенні порівняно невелике - не перевищує 10?13% від загальної дисперсії. При цьому найбільше помітні коливання витрати флюсової суміші. Розрахунки показали, що навіть при значному збільшенні коефіцієнтів варіації витрат (у 1,5?2 рази), сумарні розміри дисперсії збільшуються не більш ніж у 1,1?1,2 рази. Таким чином, дисперсія складу шихти обумовлена в основному коливаннями складу шихтових матеріалів на вході в шихтове відділення. Основне джерело (матеріал) коливань утримання Fe і основності агломерату визначається конкретними умовами роботи аглофабрик. Розроблена методика аналізу дозволяє виявити це джерело, і розрахунковим шляхом кількісно оцінити доцільність підвищення усередненості тих або інших матеріалів, тобто дає можливість уникнути витрат на розробку заходів щодо зниження коливань малозначного фактора. Доцільність визначається шляхом порівняння результуючих ефектів впливу зниження коливань складу і витрати окремих шихтових матеріалів на загальну величину дисперсії складу агломерату.

Зокрема встановлено, що основне джерело коливань складу агломерату на аглофабриці № 1 - це рудна суміш, сформована на відкритому складі; на коливаннях складу агломерату аглофабрики № 2 однаковою мірою позначаються коливання складу як рудної суміші, так і концентрату (їхня пайова участь у дисперсії утримання Fe приблизно однакова, а дисперсія основності визначається головним чином коливаннями SiO2 в концентраті). Проте підвищення ступеня усереднення цих матеріалів буде позначатися на коливаннях утримання заліза й основності агломерату в істотно різній мірі. Коливання основності особливо помітно можуть скорочуватися при підвищенні усередненості концентрату: наприклад, зниження СКВ коливань складу концентрату в 1,5 рази призведе до скорочення СКВ основності агломерату в 1,2 разів. Така ж зміна усередненості рудної суміші призведе до явно меншого ефекту, СКВ основності знизиться усього лише в 1,05 разів. А от коливання утримання заліза в агломераті можуть скорочуватися в однаковому ступені при більш повному усередненні як концентрату, так і рудної суміші: зменшення СКВ складу кожного з матеріалів у 1,5 рази спричиняє за собою зниження СКВ утримання заліза в агломераті в 1,3 разів.

На аглофабриці № 3 головне джерело коливань складу аглошихти - концентратна суміш (лише по утриманню SiO2 внесок рудошламової суміші вище, проте на загальну дисперсію основності агломерату рудошламова суміш у цілому робить у 2,5 разів менший вплив, чим концентратна). На четвертій аглофабриці коливання складу агломерату однозначно визначаються рудошламовою сумішшю, при цьому дисперсія основності обумовлюється дисперсією коливань утримання SiO2 у суміші.

В ході підготовки аглошихти до спікання інтервал кореляції низькочастотних коливань помітно збільшується, а їхня частка в дисперсії складу агломерату як правило знижується; середньочастотні коливання шихтових матеріалів майже цілком відбиваються в коливаннях складу агломерату, але їхній внесок в загальну дисперсію зменшується в 1,21,3 за рахунок деяких змін інтервалу кореляції.

З метою виявлення причин змін, що відбуваються, був виконаний кількісний аналіз усереднювальних можливостей бункерів шихтового відділення і тракту звернення. Встановлено, що в бункерах шихтового відділення залізорудні матеріали піддаються деякому усередненню, що характеризується коефіцієнтом усереднення біля 1,05?1,10. При цьому вирішальним є режим завантаження бункерів; взаємні ж зсуви порцій, що спостерігаються при переміщенні матеріалу в обсязі бункера, практично не виявляються в скороченні коливань, періодичність яких порівняна з розміром масиву, що випробується. У зв'язку з цим можна думати, що найбільше ефективним (щодо використання усереднювальних можливостей шихтових бункерів) заходами може бути раціоналізація режиму їх заповнення. Зокрема, рекомендується доцільним орієнтуватися на циклічний режим завантаження, при якому заповнення чергового бункера починається при найбільшому його спорожненні і припиняється по досягненні максимальної повноти, що може сприяти досягненню коефіцієнту усереднення 1,2 –1,3.

Звернення, що циркулює, робить сприятливий вплив на розмір і характер коливань складу агломерату, що оцінюється коефіцієнтом усереднення 1,1?1,2. Позитивний ефект досягається головним чином за рахунок зміни характеру середньочастотних коливань; низькочастотні коливання практично нечуттєві до впливу звернення, - коефіцієнт їх усереднення для будь-яких досліджених варіантів не перевищує розміри 1,02?1,03. Збільшення кількості звернення в аглошихті для малих (порядку 200 т) розмірів активної місткості тракту звернення і малих (1,0?1,5 годин) періодів обороту звернення призводить до деякого зниження коефіцієнта усереднення; збільшення часу обороту звернення за рахунок повного використання бункерів звернення призводить до явного збільшення коефіцієнта усереднення. Трактам із великою активною місткістю (600?700 т) і періодом обороту 4?5годин властива обернена закономірність - збільшення частки звернення в шихті від 20 до 30 % призводить до збільшення коефіцієнта усереднення від 1,15 до 1,19, а зміна періоду обороту звернення майже не позначається на значенні коефіцієнта усереднення. Таким чином, при будь-яких умовах роботи аглофабрик, постійне підтримування максимального заповнення бункерів звернення є одним із способів додаткового скорочення коливань складу агломерату.

У розвиток існуючих положень про вплив ланцюга апаратів на коливання складу агломерату уперше вивчений усереднювальний вплив роздрібно-сортувального відділення аглофабрики. Розроблено методику і виконана кількісна оцінка впливу циклу роздрібнення на характер коливань і розмір їхньої дисперсії. Методика враховує вплив навантаження, що циркулює, вплив операцій об'єднання відсіяних продуктів декількох прийомів роздрібнення і вплив порушень стаціонарного режиму роботи. Розрахунки показали, що усереднювальна можливість циклу роздрібнення характеризується коефіцієнтом усереднення не більш 1,3 для стаціонарного режиму роботи ДСФ. Коливання навантаження на транспортерах, що подають відсіяні продукти в загальний потік, негативно позначаються на результатах усереднення, збільшуючи коливання складу вихідного потоку приблизно в 1,2 рази. Порушення стаціонарного режиму роботи призводять до виникнення додаткових середньочастотних коливань складу роздрібненої руди, і саме ці коливання виявляються в спектрі і дисперсії коливань складу залізорудної частини шихти в шихтовому відділенні аглофабрики.

Виконано аналіз ефективності регулювання складу агломерату в шихтовому відділенні аглофабрик. Автором розроблена методика кількісної оцінки впливу регулювання як на характер коливань, так і на розмір їх дисперсії. Ступінь скорочення коливань основності агломерату під впливом регулювальних змін витрати флюсової суміші визначається як

, (1)

де - фактичний розмір коефіцієнта регулювання;

- значення АКФ коливань основності шихти при зсуві, рівному

часу запізнювання (Т) регулювальних впливів.

Час запізнювання Т визначається як точка перетинання позитивної і негативної гілок взаємнокореляційної функції (ВКФ) коливань утримання CaО і SiO2 в агломераті. Розмір коефіцієнта регулювання визначається з рівняння

– +, (2)

де індекси "а", "ш" і "ф" означають агломерат, шихту і флюс;

- середнє утримання CaО, SiO2 і основності в матеріалах;

- надлишкове утримання СаО у флюсовій суміші;

Кc, Кs - АКФ коливань утримання CaО і SiO2 у матеріалах при відповідних зсувах;

Kcs - значення ВКФ утримання CaО і SiO2 у матеріалах.

У ході аналізу встановлено, що наявність регулювання призводить до появи в коливаннях складу агломерату періодичної складової, у параметрах якої відбиваються особливості роботи технологічного персоналу дозувального відділення. Ефективність же регулювання виявляється в зниженні внеску низькочастотних коливань у загальну дисперсію складу й у збільшенні коефіцієнта кореляції між CaО і SiO2 в агломераті в порівнянні з потоком залізорудних матеріалів на вході в шихтове відділення аглофабрики.

У цілому ефективність регулювання на вітчизняних аглофабриках досить низька: у кращому випадку СКВ основності агломерату знижується не більш, ніж у 1,2 ? 1,4 разів, а для багатьох аглофабрик цей показник ще нижче. Основних причин дві: відсутність синхронності регулювальних змін витрати флюсу з відхиленням складу шихтових матеріалів (на деяких аглофабриках час запізнювання регулювальної зміни досягає 4 годин) і невідповідність ступеня регулювання (розміру коефіцієнта регулювання с) оптимально необхідному. Перша причина обумовлена відсутністю на багатьох аглофабриках експресних методів аналізу складу шихтових матеріалів і агломерату; друга - відсутністю алгоритму розрахунку оптимального розміру коефіцієнта регулювання.

Таблиця 3.

Характеристики коливань складу агломерату

Параметр А/ф № 1 А/ф № 2 А/ф № 3 А/ф № 4

Середнє утримання, %: Fe SiO2 CaO Ba 49,10 11,34 13,18 1,18 46,59 11,95 13,99 1,17 52,38 10,44 12,91 1,24 50,60 11,15 13,92 1,25

СКВ, % (факт./рах.) Fe SiO2 CaO Ba 0,564/0,562 0,459 0,542 0,044/0,052 0,537/0,466 0,405 0,557 0,044/0,047 0,411 0,347 0,644 0,077/0,070 0,908 0,480 0,604 0,053

АКФ

*) Період косинусоїди наведений у годинах

Узагальнюючи результати проведеного аналізу закономірностей і причин коливань складу агломерату для аглофабрик, що працюють в істотно різних умовах, можна виділити найбільш загальні:

·

· Середньочастотні коливання складу шихтових матеріалів, інтервал кореляції яких припадає на зону смуги пропускання доменної печі, формуються на виході з усереднювальних складів аглофабрик. Основна причина – низька ефективність складського устаткування, що не в змозі запобігти розвитку великомасштабної сегрегації при формуванні штабеля і ліквідувати її наслідки при відвантаженні матеріалу зі складу. Ці коливання не піддаються регулюванню в шихтовому відділенні і практично цілком відбиваються в агломераті.

· Низькочастотні коливання складу вихідних залізорудних матеріалів, що виявляються в агломераті, є залишковими коливаннями складу рудних покладів. Обмежена потужність існуючих складів аглофабрик і гірничорудних підприємств не дозволяє ліквідувати повною мірою ці коливання. Через значний розмір їхнього інтервалу кореляції ( десятки і сотні тисяч тонн), вони вносять суттєвий внесок у загальний розмір дисперсії складу агломерату навіть при малій їх частці в спектрі коливань.

· Низькочастотна періодична загасаюча компонента з періодом від 22 годин до 15 діб, що присутня у коливаннях складу майже всіх агломератів, свідчить про наявність регулювання складу шихти і є проявом особливостей цього регулювання. Ефективність же регулювання виявляється в зниженні внеску низькочастотних коливань у загальну дисперсію складу агломерату в порівнянні з їхньою дисперсією на вході в шихтове відділення, та у збільшенні коефіцієнта кореляції між SiO2 і CaО в агломераті.

У п'ятій главі на базі результатів проведених досліджень сформульовані загальні рекомендації до пошуку резервів підвищення стабільності складу агломерату, що лягли в основу розробки цілого ряду конкретних пропозицій і заходів:

- розроблено і рекомендовано до використання оптимальний режим відвантаження та складування залізної руди постачальником, при якому руду на складі постачальника не конусують, а навпаки, додатково сортують по крупності, відвантажуючи руду з відкоту і середніх зон штабелів у різні вагони; на складі аглофабрики вагони вивантажуються в загальний штабель, що призводить до зниження масштабів сегрегації і її наслідків на складі аглофабрики;

- розроблено спосіб зниження масштабів сегрегації шляхом керування струменем матеріалу при формуванні штабеля за допомогою автостели, що зменшує довжину укосу сегрегації, підвищує рівномірність ситового складу об'єму штабеля, і дозволяє знизити коливання складу матеріалу на виході зі штабеля в 1,5 – 2 рази;

- розроблена оптимальна технологія усереднення залізорудних матеріалів на складі аглофабрики ММК ім. Ілліча на базі