Аналитическое и практическое обоснование влияния качественной характеристики исходных сырьевых матер

Актуальность данной работы возникла на стыке двух взаимодополняющих тенденций в рудоподготовительном производстве: экономии материальных и энергетических ресурсов и экологической безопасности.

Работа проведена на аглофабрике, эксплуатируемой в течение 40-45 лет, включающей традиционные технологические участки и последовательность производственных операций: прием, складирование и хранение сырьевых материалов, подготовка к дозированию и составление шихты, спекание агломерата и его охлаждение, грохочение с выделением возврата, складирование, транспортирование, очистка технологических и аспирационных газов от пыли, гидротранспорт уловленных в газоочистных аппаратах продуктов, их складирование и возврат в производство.

Величина механических потерь любого предприятия - это показатель технико-экономического и экологического уровня его деятельности и культуры производства. Промышленное предприятие должно иметь информацию о фактических механических потерях, причинах их образования, а также иметь перечень мероприятий по их снижению.

В агломерационном производстве, как и в любом другом происходят потери исходных сырых материалов, готовой продукции и вместе с ними теряется основной сырьевой компонент (или компоненты), в частности - железо. Фактическая величина потерь необходима при составлении баланса материальных ресурсов, для контроля за расходными коэффициентами и, в конечном итоге, является одной из составляющих уровня производственно-экономической деятельности предприятия.

Уровень потерь, т.е. общее количество их, зависит от особенностей технологического процесса, осуществляемого на аглофабриках, состояния физико-химических характеристик. В этой связи величину фактических потерь на аглофабриках необходимо периодически уточнять и вносить коррективы в статью "невязка баланса" при составлении материальных балансов. Инструментальные измерения реально существующих потерь сырьевых материалов целесообразно проводить один раз в 2-3 года. Изменение величины фактических потерь в большую или меньшую сторону свидетельствует, при неизменных технологических условиях и сырьевых ресурсах, о состояниях технологического процесса и используемого оборудования.

На каждом действующем предприятии, на котором существует агломерационное производство, имеются следующие виды потерь:

• с гидросмывами - потери с железосодержащими продуктами производственных стоков систем гидросливов;
• с неорганизованными выбросами, т.е. потерь при транспортировании и перегрузках, хранении на открытых складах, при естественно выносе пыли от основных источников пыления (хвостовые части агломашин, узлы погрузки агломерата в вагоны, на склад или со склада), с остатками материала в вагонах из-за плохой очистки их;
• с технологическими газами - потери с пылью, прошедших очистку и выбрасываемых в атмосферу газов от агломашин и охладителей;
• с аспирационными выбросами - потери с пылью, выбрасываемой в атмосферу с воздухом из системы аспирации.

Пылеобразование в агломерационном производстве начинается с момента поступления сырых материалов, при разгрузочно-погрузочных операциях и транспортировании и зависит от их физико-химической характеристики.

Неорганизованные пылевые выбросы образуются в результате наличия многочисленных очагов пыления, непостоянство функционирования АТУ и различной интенсивности пылевыделения.

Количество неорганизованных очагов пылевых выбросов в значительной мере определяется налаженностью технологического процесса спекания, от которого зависит прочность аглоспёка. Значительное количество пыли образуется в хвостовой части агломашины: при сбрасывании "аглопирога", дроблении его, грохочении, загрузке в линейный охладитель, охлаждении агломерата и погрузке его в вагоны.

Организованные пылевыбросы: выбросы пыли с технологическими и аспирационными газами и воздухом после их очистки в очистных аппаратах, следует отнести к безвозвратным потерям, которые необходимо снижать с применением мероприятий для каждого случая.

К частично возвращаемым потерям следует отнести потери со шламами при гидроудалении. Жидкотекучие шламы образуются при гидросмывах батарейных циклонов, сточных вод из скрубберов, шлам при гидротранспорте пыли изы пылевых мешков коллекторов зон спекания и охлаждения агломашин, от гидросмыва осевшей пыли в производственных помещениях.

Все шламы и пыли, подготовленные соответствующим образом, должны утилизироваться в агломерационном производстве. Количество утилизируемых шламов должно отражаться в плане обеспечения сырьём аглофабрик отдельной позицией наравне с основными видами сырья. При использовании шламов из различных цехов и участков желательно предусмотреть их усреднение. Используемые в агломерационном производстве шлам должны отвечать следующим требованиям:

• массовая доля влаги не более 8-9%, в отдельных случаях может достигать 12%, при условии его сыпучести;
• крупность шлама не более 6 мм;
• нижний предел содержания железа в шламах определяется исходя из условий предприятия.

На каждом предприятии, на основании материального баланса должны быть разработаны нормы безвозвратных потерь металла со шламами (пылями) с учётом применяемой технологии и действующего оборудования. Нормы потерь металла должны переутверждаться через 2-3 года и в соответствии с совершенствованием производства. Нормы безвозвратных потерь металла должны разрабатываться на основании проведения исследований по определению фактически существующих потерь на всех технологических участках агломерационного производства.

Для их обоснования необходимо выполнить значительное количество инструментальных замеров в различные периоды года, проанализировать состояния оборудования и параметры технологических процессов и с учётом этого определить среднюю величину потерь сырьевых материалов и продуктов агломерации.

В задачи работы входило:

1. Определение основных категорий источников выбросов пыли и шламов; осуществление сбора информации о фактических потерях путем выполнения инструментальных замеров.
2. Систематизирование общей схемы существующих источников потерь сырья, включающей участки пыле-, шламообразования,, упорядочение их учёта и установление соотношений возвращаемых и безвозвратных потерь сырьевых материалов, определение потенциально возможных потерь в зависимости от характеристики исходных сырьевых материалов, стабильности технологического процесса и состояния оборудования.
3. Разработка предложений по нормам безвозвратных неизбежных потерь при производстве агломерата.
4. Разработка предложений по снижению механических потерь путем совершенствования технологических решений и применения необходимого оборудования.

В начальном этапе работы была произведена инвентаризация пылеобразования участков, т.е. систематизирована общая схема существующих источников потерь сырья и продуктов аглопроизводства, упорядочить учёт и установить соотношение возвращаемых и безвозвратных потерь сырьевых материалов, определить потенциально возможные потери в зависимости от характеристики исходного продукта, стабильности технологического процесса и состояния оборудования. На основании проведенного анализа составлена классификационная карта источников механических потерь.

В отчёте приведены схемы движения каждого компонента от участка приёма до входа в процесс с указанием фактических участков механических потерь.

Приведены полные физико-химические характеристики используемых в технологии сырьевых материалов и удельные их расходы.

Практически все сырьевые материалы (кроме железорудного концентрата), прибывающие на аглофабрику, разгружают на вагоноопрокидывателе. На этом участке возможны следующие виды потерь: неорганизованные выбросы пыли при опрокидывании вагонов, которая рассеивается на прилегающих площадях; остатки материалов, остающихся в вагонах вследствие налипания, намерзания, уплотнения материала в придонной части вагона и на его бортах; просыпи материалов из вагонов на ж.д.путях в районе вагоноопрокидывателя при манёврах маршрутов.

Определение остаточного количества материалов в вагонах после их разгрузки производили путём осмотра внутренней части вагонов и прямыми измерениями: взвешиванием, определением объёма остаточного количества и др. Контрольному осмотру и определению остатков в вагонах подвергли 20-25% вагонов в прибывшем маршруте.

Количество оставшегося в вагонах материала зависит от физических свойств его: наличия мелких и тонкодисперсных фракций, влажности. Наиболее этому залипанию подвержены ракушечник, аглоруда, сталеплавильный шлак и др.

В вагонах внутреннего оборота материал собирается постепенно. Визуальные наблюдения показывают, что материал собирается в основном в углах вагона и в местах неровностей. При определении остатков материал взвешивали непосредственно в вагоне и путём геометрических измерений с последующим расчётом с учётом насыпной плотности.

Технологический процесс агломерационного производства начинается со склада сырьевых материалов. От установленного на нём оборудования, обеспечивающего операции штабелирования, усреднения, отгрузки материалов зависит в значительной степени стабильность технологии спекания и как следствие производительность агломашины и качество агломерата.

В работе проанализированы возможности существующего на складе оборудования и режима складирования поступающих сырых материалов с точки зрения осуществления раздельной укладки, усреднения и образования механических потерь.

Установили, что вследствие отсутствия специального оборудования, а также не соблюдения графика периодичности поставки, не представляется возможным осуществить усреднение сырьевых материалов. Об отсутствии какого-либо усреднения свидетельствуют показатели качества сырья поступившего в шихтовое отделение. На примерах аглоруды, известняка, твёрдого топлива по содержанию в них оксида кремния, окисла кальция, золы, определили, что ввиду отсутствия усреднения, эти компоненты колеблются в широких пределах и в этой связи возникает необходимость в частой корректировке весового дозирования шихтовых компонентов. В свою очередь это способствует дестабилизации агломерационного процесса и образованию пылевыбросов, т.е. увеличению механических потерь шихтовых компонентов с пылью и шламами.

Определение потерь при разгрузке сырьевых материалов на открытом складе - потери с распылом, осуществляли путём установления металлических ёмкостей на различном расстоянии от места выгрузки (штабеля) и друг от друга.

Измерения производили в период разгрузки материала на складе. Металлические ёмкости с водой располагали с учётом направления ветра. Измерили площадь распыла и оседания. С учётом скорости ветра, крупность уносимых и осевших в металлических ёмкостях материалов, определяли безвозвратные потери. Наблюдения за распылением материалов в период разгрузки показывают, что площадь распыления зависит от направления и скорости ветра. Распыление также зависит от наличия в исходном сырье дисперсных фракций, влажности и, кроме того, от высоты падения материалов, т.е. от высоты имеющегося штабеля.

Измерения показали, что уносятся самые мельчайшие фракции. Фракции размером крупнее 0,4 мм оседают вблизи штабеля.

Потери исходных материалов и готовых продуктов с пылью в подготовительные и основных процессах агломерационного производства классифицировали на организованные технологические выбросы с отходящими газами, с аспирационным воздухом после его очистки и неорганизованные выбросы, включающие запыленный воздух из корпусов и технологических участков, отсасываемый при помощи устройств естественной вытяжки (дефлекторы, вытяжные трубы), а также пыль, образующаяся в результате отсутствия вытяжных, аспирационных устройств в местах, интенсивного пылеобразования, связанного с технологическим процессом и неизбежным пылеобразованием.

Если потери материалов с организованными технологическими и аспирационными (с принудительной вытяжкой) пылевыми выбросами поддаются измерениям с достаточной точностью по общепринятым методикам, то неорганизованные выбросы пыли, возможно определить с меньшим запасом точности и более сложными методами. Наиболее пылящие участки в "хвостовой" части агломашины: сброс агломерата со спекательных тележек, дробление агломерата, грохочение агломерата, перекидные желоба. Эти участки имеют укрытия, из которых производится отсос запыленного воздуха. Однако, несмотря на это, пыль выбивается через имеющиеся не плотности, оседает на рабочих площадках, а затем частично разносится по территории. Накопившуюся за смены пыль смывают в конце смены (в теплое время года). Но в промежутках тонкие фракции осевшей пыли все же уносятся и осаждаются в местах недоступных для осуществления возврата этой пыли в процесс. Кроме того, при движении спекательных тележек пыль выбивается из-под укрытия агломашины с верхнего слоя шихты в районе горна; на площадках холостой ветви. Пыль оседает на рабочих площадках. Затем частично выносится потоком воздуха, а частично возвращается в процесс ручной уборкой.

К неорганизованным, не улавливаемым потерям следует также отнести выбросы через дефлекторы, вытяжные трубы, т.е. при естественной вытяжке.

Так, значительный пылеунос наблюдается из корпуса бункеров накопления и дозирования возврата. В корпусе спекания, на крыше, установлены дефлекторы и вытяжные трубы с естественной вытяжкой, к которым подсоединены воздуховоды из разгрузочной части барабанов-окомкователей, из загрузочной части промежуточного бункера в месте разгрузочной головки челнокового питателя, из укрытия зажигательного горна. Вытяжные трубы от каждой агломашины.

Для определения количества выбрасываемой пыли через естественные вытяжки были проведены замеры.

С этой целью в районе выбросов на различных расстояниях от источников пыления устанавливали емкости площадью 1 м2 и в течение заданного времени производилось накопление выбрасываемой и осаждаемой пыли измерения производили в различные периоды суток, в различных условиях, с обязательным учетом направления ветра и его скорости.

В работе проанализирована аспирационная система, включающая центральные вытяжные станции (ЦВС) и определено количество улавливаемой и выбрасываемой пыли.

Приведены схемы аспирационного обеспыливания на всех технологических участках, в том числе на участках выделения возврата, его охлаждения, транспортирования и дозирования.

Произведены определения неорганизованных пылевыбросов на всех технологических участках и их количественная зависимость от соблюдения технологического режима и качества готового продукта.

В составе аглофабрики предусмотрен буферный склад, на котором накапливают определенный запас агломерата. По мере отгрузки агломерата потребителя, склад пополняют дополнительным количеством. Агломерат с аглоцехов поступает в аглохоппера на разгрузочную эстакаду и разгружается из нижних люков под откос. Затем агломерат перегружают и формируют отгрузочный штабель при помощи ковша экскаватора. Из штабеля, также при помощи экскаватора, агломерат отгружают потребителю. Все разгрузочно-погрузочные операции сопровождаются значительными пылевыделениями и пылеуносом. Для определения количества пылеуноса производили замеры по принятой методике, при осуществлении каждой операции - хронометраж, с установкой пробоотборников, с учётом направления ветра, измерением скорости ветра, расчётом времени витания пылевых частиц и определением физико-химической характеристики их.

На всех технологических участках, оборудованных пылеулавливающими устройствами и аппаратами, собранная пыль увлажняется и транспортируется при помощи гидротранспорта. Приведена общая схема источников шламообразования и их транспортирование по подземным и наземным схемам трубопроводам самотеком в общие желоба, по которым пульпа попадает через приемные колодцы - воронки в первичный шламоотстойник. Из первичного отстойника пульпу по трубопроводу перекачивают при помощи трех насосов 12 ГКР во вторичные отстойники. Кроме насосов, в первичном отстойнике работаю два земснаряда, на которых установлены аналогичные насосы, перекачивающие по трубопроводу пульпу во вторичные отстойники.

Вторичные отстойники представляют собой котлованы, на дно которых уложены крупные фракции гравия (более 100 мм). Количество отстойников - 3 штуки. Режим работы их следующий: заполнение > отстаивание > забор осевших шламов из отстойников. В то время как один из отстойников наполняется; во втором, ранее наполненном, происходит оседание твёрдых частиц на дно, слив и выветривание воды; из третьего, наполненного, подсохшие шламы при помощи экскаватора загружают в автосамосвалы и вывозят на бетонированную площадку или сразу выгружают в думпкары (полувагоны), которые транспортируют шлам - оборотный продукт на склад концентрата.

При оседании твёрдых частиц, вследствие снижения скорости потока пульпы, происходит наполнение отстойника. По мере оседания частиц и уплотнения слоя шламов, вода осветляется и удаляется в сливную трубу. Уровень слива регулируют при помощи шандора. Перелив осветленной воды самотеком поступает в аварийную ёмкость. Из аварийной ёмкости осветленную воду перекачивают в хвостохранилище при помощи насоса.

В начале накопления продукта в шламонакопителе содержание твёрдого в сбрасываемой пульпе значительно меньше, а по мере заполнения чаши накопителя количество твёрдого в сбрасываемой пульпе увеличивается в несколько раз. Это происходит по причине того, что снижается время для оседания частиц вследствие увеличения скорости потока по поверхности зеркала отстойника. Для снижения количества сбросов следует точнее регулировать сброс при помощи отладки работы шандора.

Из шламоотстойника вода, содержащая в себе твёрдые частицы во взвешенном состоянии (пульпы), переливается в аварийную ёмкость. Для определения потерь сырьевых материалов со сливами также отбирали пробы и анализировали их состав. Следует отметить, что содержание твёрдого в сливах колеблется в широких пределах и зависит: от степени заполнения отстойника, от количества одновременно вливаемой в отстойник пульпы и напора, рельефа отложения - оседания твёрдых частиц.

Анализируя результаты выполненных измерений, следует отметить, что потери сырьевых материалов начинаются в самом начале технологического процесса - по прибытию их на аглофабрику.

Потери с неорганизованными выбросами пыли на технологических участках в значительной степени зависят от стабильности технологического процесса на всём его протяжении. Выявленные в результате проведенных исследований фактические потери сырьевых материалов являются следствием:

• случаев нарушения технологических режимов шихтоподготовки и спекания, которые возникают в результате дестабилизации качественной характеристики поступающих сырьевых материалов, отсутствия возможности усреднения их; неупорядоченного складирования материалов на напольном складе (наблюдается смешивание нижних частей штабелей);
• нарушения режима накопления и дозирования возврата в шихту: из-за отсутствия в бункерах уровнемеров создаются условия неравномерной выдачи возврата на дозировочный стол, что приводит к колебаниям количества в шихте и, как следствие, изменению газопроницаемости шихты, повышению разрушаемости спёка с выделением пыли.

Нарушение регламентных показателей приводит к недопёку агломерата, снижению его прочности и, как следствие, выделение пыли при обработке спёка и транспортировании продуктов агломерации. Несовпадение результатов входного контроля поступающего сырья с технологическим контролем также способствует увеличению механических потерь вследствие необходимости осуществления дополнительные перешихтовок в течение смены.

Полное устранение механически потерь на аглопроизводстве, а тем более проработавшем около 50 лет осуществить практически невозможно. Однако, снизить их в целом, с полным устранение на отдельных участках возможно и необходимо. Следует бороться с первопричиной образования пыли, а не со следствием её образования.

Выполненные в работе исследования и анализ, проведенные в разные периода года на одних и тех же технологических участках, показали, что количество неизбежных механических потерь колеблется в определенных пределах, в зависимости от указанных факторов, поэтому не оправдано будет устанавливать жесткую привязку величины потерь к одной цифре. Следует устанавливать пределы колебаний для каждого компонента шихты.

В работе приведено экономическое обоснование полезности снижения механических потерь за счёт предлагаемых мероприятий, осуществляемых на участках, являющимися источником потерь сырьевых материалов

Внедрение предлагаемых в работе мероприятий технологического плана, позволит значительно повысить качество выпускаемого агломерата, а вместе с тем снизить механические потери с улучшением экологической обстановки, а также повысить технико-экономические показатели работы агломерационного производства.