Грохочение и классификация

Эти технологические операции предназначены для разделения материалов на классы различной крупности. Для этих целей используют различные устройства и аппараты:

грохот – устройство для разделения исходного материала
на два и более класса по крупности на просеивающей поверхности;

дуговое сито – аппарат для мокрой классификации и обезвоживания пульпы на неподвижной просеивающей поверхности;

гидроциклон – аппарат для гидравлической классификации под влиянием центробежных сил, возникающих при тангенциальной подаче исходной пульпы к осевой разгрузке продуктов разделения;

классификатор – аппарат для разделения исходного материала на два и более класса по крупности без применения просеивающей поверхности.

Приготовление шихты

Приготовление шихты на современных заводах механизировано.

Для этого используют шихтовочные и усреднительные машины, работающие в закрытых помещениях – шихтарниках. Наиболее распространены для приготовления, хранения и выдачи шихты метод послойного штабелирования и бункерная шихтовка.

Механизированный шихтарник послойного штабелирования чаще всего состоит из трех отсеков (пролетов). Разгрузка с конвейера производится автоматической тележкой, которая, перемещаясь вдоль отсека, рассыпает компоненты шихты тонкими горизонтальными слоями. В каждом отсеке создается штабель шихты длиной 60–70, шириной 16 и высотой 5–6 м, в штабеле до 8000 т шихты. Разгрузку штабеля производят с помощью шихторазгрузочной машины, представляющей самоходный четырехколесный мост с ведущими ходовыми колесами.

Шихтовочная машина, перемещаясь вдоль штабеля, с помощью бороны (рыхлителя) разрыхляет, перемешивает шихту и сбрасывает ее на скребковый транспортер. Далее через воронку перегрузки шихта поступает на сборный ленточный конвейер, расположенный в траншее вдоль каждого отсека. Борона делает 5–7 ходов в минуту. По сборному конвейеру 6 шихта поступает на конвейеры, куда подаются дополнительно необходимые материалы (восстановитель, возврат, отходы и т. д.). Шихту взвешивают на автоматических весах, при необходимости дорабатывают в дробилках и затем направляют на металлургическую переработку.

Нормальная работа механизированного шихтарника организуется по схеме: в одном отсеке постоянно находится подготовленный и опробованный штабель шихты, в другом – разгрузка штабеля и передача шихты в металлургический передел, в третьем – заполнение шихтовыми материалами.

 

Механизированный шихтарник: 1, 2, 7, 8 – транспортеры; 3 – сбрасывающая тележка; 4 – штабель шихты; 5 – шихторазгрузочная машина; 6 – сборочный транспортер; 9 – автоматические весы; 10 – дробилка; 11 – передаточная тележка

 

Метод послойного штабелирования обеспечивает выдачу более однородной, лучше перемешанной шихты постоянного состава (отклонение от расчетного обычно не превышает 5 %). При этом достигаются высокая степень механизации и лучшие санитарно-гигиенические условия. К существенным недостаткам относятся: сравнительно низкая производительность, недостаточная эффективность использования площади шихтарника.

 

Шихторазгрузочная машина

 

При бункерном методе приготовления шихты шихтовые материалы хранят в отдельных бункерах, из которых они послойно дозируются на ленточный конвейер.

 

Схема бункерного шихтарника: 1 – бункер; 2 – питатель; 3 – ленточный транспортер; 4 – 6 – концентраты; 7 – обороты; 8 – кварц; 9 – известняк; 10 – шихта

Отдельные металлургические технологии для своей реализации (агломерация, обжиг в КС, автогенные процессы и др.) требуют дальнейшего смешения усредненной шихты.

Для этой цели используют:

лопастные (шнековые) смесители,

барабанные смесители,

дезинтеграторы.

Лопастные смесители применяют для перемешивания мелко размолотых материалов. Они бывают одно- и двухвальные, последние разделяют на прямо- и противоточные. Материал загружают через воронку, перемешанная шихта разгружается через отверстие.

Схема прямоточного смесителя: 1 – короб; 2 – редуктор; 3 – электродвигатель; 4 – зубчатая передача; 5 – загрузочная воронка; б – уплотнение; 7 – подшипник; 8 – лопасти; 9 – вал; 10 – разгрузочное отверстие

 

Лопасти изготавливают из чугуна, износостойких сталей с наплавкой из твердых сплавов на рабочей части лопатки. Максимальная производительность лопастных и шнековых смесителей 50–60 т/ч.

Лопастные смесители просты в изготовлении и эксплуатации, но имеют сравнительно низкую производительность и не обеспечивают тщательного смешивания материала.

Барабанные смесители наиболее распространены в агломерационном производстве. Через загрузочную воронку во вращающийся цилиндрический барабан подается шихта.

Барабанный смеситель: 1 – загрузочная воронка; 2, 12 – бандажи; 3 – зубчатый венец; 4 – насадки; 5 – лопастной перемешиватель; 6 – шестерня; 7 – ролики; 8 – опора; 9 – стенка; 10 – разгрузочная камера; 11 – воронка; 13 – упорные ролики; 14 – барабан; 75 – торсионный вал; 16 – передающий вал; 17 – редуктор; 18 – электродвигатель

Перемешенная готовая шихта выходит из неподвижной разгрузочной камеры в воронку. Барабан устанавливают с углом наклона 1–2,5° в сторону разгрузки Барабанные смесители по сравнению с лопастными имеют значительно большую производительность, обеспечивают высокое качество перемешивания материала. С другой стороны, это громоздкие, большой массы машины, работа которых сопровождается вибрациями и ударами.

Обезвоживание шихты

Для каждого металлургического процесса существуют свои нормы влажности поступающей исходной шихты.

Обжиг в печах кипящего слоя и плавку сульфидного сырья в отражательных печах можно вести с влажностью шихты 5–8 %, при электроплавке максимальное содержание влаги до 3 %, в автогенных процессах во взвешенном состоянии допустимая влажность шихты 0,1–0,3 %.

Гидрометаллургические процессы практически не ограничивают влажность исходного сырья.

Для обезвоживания материалов используют сгущение, фильтрацию, центрифугирование и сушку.

После сгущения в материале содержание влаги 40–70 %, после фильтрации и центрифугирования 7–20 %. При сушке влажность шихты снижают до 0,1–6,0 %.

При сушке влага удаляется испарением. Различают естественную сушку (при температуре окружающего воздуха) и искусственную, термическую, сушку за счет нагрева влажного материала.

Для сушки шихты широко используют:

- вращающиеся трубчатые печи – (барабанные сушилки)

- аппараты с испарением влаги во взвешенном состоянии – трубы-сушилки,

- сушилки с кипящим слоем – распылительные сушилки и др.

Барабанная сушилка представляет собой стальной цельносварной цилиндрический кожух (толщина стенки 12 – 18 мм) длиной до 27 м и диаметром 1,0–3,5 м, установленный под углом 1–4° в сторону разгрузки.

Печь-сушилка ПСК 630/5100 используется для сушки и обжига сырья при температуре 100 ÷ 900 °С. Применяется в печи-сушилке ПСК 630/5100 конвективный способ передачи тепла.

Для нагрева печь-сушилка ПСК 630/5100 использует газ. Газовое оборудование печи закреплено на раме и устанавливается стационарно. Рама позволяет изменять угол наклона печи благодаря узлу регулировки.

Трубчатая сушильная печь: 1 – топка; 2 — корпус печи; 3 — фундамент; 4 — привод; 5 — опоры; 6 — бункер; 7 — питатель; 8 — переходная камера; 9 — циклонный пылеуловитель

Внешний вид и схема печи-сушилки ПСК 630/5100

 

Вращающаяся часть печи-сушилки опирается фланцевыми цапфами через подшипниковые узлы на стойки рамы. Концы вращающейся трубы закреплены неподвижно и оснащены аэродинамическими затворами.

Технические характеристики

Производительность, кг/ч до 2000

Температурный диапазон нагревания, °С 100 ÷ 900

Время нахождения материала, мин 60 ÷ 20

Интервал регулировки угла наклона печи, град. 0 ÷ 5

Частота вращения печи, об/мин 2 ÷ 10

Мощность электродвигателя, кВт 4,0

Масса, кг 4900

Вращение сушилки со скоростью 2 – 8 мин^-1 производится от электродвигателя через редуктор и зубчатый венец. Обогрев печи осуществляется топочными газами, образующимися за счет сжигания газообразного или жидкого топлива в стационарных топках. Движение шихты и дымовых газов в печи прямо- или противоточное. Температура газов на входе допускается 1000–1100 °С (типично 700–800 °С), на выходе – 70–120 °С, скорость движения газов в барабане 2–4 м/с, длительность сушки 15–40 мин. Коэффициент заполнения может достигать 0,15–0,25. Удельная производительность сушильных трубчатых печей на 1 м³ объема барабана составляет 40–80 кг/ч влаги, расход условного топлива 1–5 %, пылевынос до 3–8 % от массы загружаемых материалов. Содержание влаги в подсушенной шихте – 4–6%.

Достоинства сушки во вращающихся трубчатых печах:

высокая производительность;

непрерывность;

возможность автоматизации

процесс пригоден для сушки материалов различного гранулометрического состава.

Недостатки:

повышенный пылевынос, что требует дополнительных затрат на очистку газов;

значительная металлоемкость оборудования;

большая масса вращающихся частей;

необходимость больших производственных площадей

Трубы-сушилки и распылительные сушилки в сравнении с барабанными имеют большую удельную производительность и свободны от отмеченных недостатков

Здесь совмещается глубокая сушка материалов (до 0,1 – 0,5 % влаги) с одновременным перемешиванием системой пневмотранспорта.

Схема сушки шихты в трубах 1 – узел отсева крупных фракций (10 мм); 2 – газовая топка; 3 – питатель; 4 – бункер влажной шихты; 5 – труба для сушки и транспортирования шихты; 6, 7 – циклоны; 8 – вентилятор; 9 – электрофильтр; 10 – дымосос; 11 – разгрузочное устройство пневмотранспорта пыли; 12 – бункер оборотной пыли; 13 – бункер сырой шихты

 

Диаметр трубы 900 – 1200 мм, высота 20 – 25 м. Теплоноситель – дымовой газ с температурой 300 – 500 °С подается снизу со скоростью 10 – 40 м/с, увлекая за собой шихту, подаваемую в приемное устройство трубы. Влажность исходного материала может достигать 8 – 10 %. Разделение газов и шихты осуществляется в циклонах и электрофильтрах. Удельная производительность по испаряемой влаге 200 – 260 кг/(м³·ч). Расход топлива 1,2 – 1,4 % от массы шихты. Недостаток – необходимость герметизации системы и сложная схема газоочистки (запыленность газов более 1500 г/м³).

Распылительные сушилки позволяют осуществлять глубокую сушку сгущенных пульп (содержание влаги 30–40 %) концентратов цветных металлов. Работа их основана на распылении влажной шихты в горячей газовой среде на капли. За счет тепла капли высыхают и образуют гранулы.

Применяют механические (центробежные и струйные форсунки, вращающиеся диски и др.) и пневматические (воздушные, газовые, паровые форсунки) распылители.

В струйных и центробежных форсунках диаметры отверстия сопла составляют 2–35 мм, давление распыляемой суспензии 1,3–20,0 МПа. В пневматических форсунках суспензия выбрасывается со скоростью 1–3 м/с газовым потоком с давлением 0,3–0,6 МПа и скоростью 50–300 м/с.

Распылительная сушилка: 1 – насос пульпы; 2 – расходный бак; 3 – фильтр; 4 – вентиляторы; 5 – воздуховоды; 6 – калорифер; 7 – распределитель; 8 – распылительное устройство; 9 – сушильная камера; 10 – отсасывающая труба; 11 – козырек; 12 – воздухопровод; 13 – циклоны; 14 – затвор; 15 – виброхолодильник

 

Начальная температура газов для сушки пульпы медного концентрата 760, никелевого – 320 °С. Диаметр распылительного диска 200–350 мм, скорость вращения 6400–8700 мин^-1, а окружная скорость до 100 м/с. При диаметре сушильной камеры 9 м производительность дискового распылителя 22 т/ч.

Сушилки с кипящим слоем весьма просты в исполнении, не имеют вращающихся или движущихся частей, в них осуществляются быстрый нагрев и интенсивная сушка материала за счет теплоты горячих дымовых газов или воздуха.

Схемы сушилок с кипящим слоем: а – однозонная; б – двухзонная

Сушилки КС работают под давлением, что требует тщательной герметизации. Однозонные сушилки используют для сушки термостойких, двухзонные – термочувствительных материалов.

Окатывание

Окатывание (грануляция) – это операция укрупнения тонкодисперсных руд, концентратов, пылей и порошков, при которой происходит окомкование материала и он превращается в круглые окатыши (гранулы), сохраняющие свою форму и размеры при дальнейшей переработке.

Окатывание осуществляют в барабанных или чашевых (тарельчатых) грануляторах (окомкователях).

Барабанный гранулятор практически не отличается от барабанного смесителя. За счет малого числа оборотов барабан работает в режиме переката, «наматывания» на окатыши тонких классов шихты, что приводит к росту их размера и продвижению в сторону разгрузки.

Используют барабанные окомкователи диаметром 2,8–3,5 м, длиной 8–12,5 м, их угол наклона 1– 6°, скорость вращения барабана 4 –12 мин^-1. Производительность от 40 до 450 т/ч, диаметр окатышей 6–12 мм.

Недостатком барабанных окомкователей является получение неоднородных по размеру окатышей, налипание на футеровку барабана гранулируемой шихты.

Чашевый гранулятор представляет собой цилиндрическую чашу диаметром до 7,5 м с плоским днищем и прямым бортом высотой до 650 мм, наклоненную к горизонту под углом 40– 60° и вращающуюся с частотой 4–9

Чашевый гранулятор: 1 – чаша; 2 – нож; 3 – рама; 4 –электродвигатель; 5 – редуктор

мин^-1.Чашевый гранулятор выдает кондиционные окатыши требуемой крупности, которая зависит от скорости вращения, размеров, наклона чаши и свойств материала. Производительность грануляторов этого типа изменяется от 30–40 до 120–140 т/ч.

Прочность сырых окатышей относительно мала, для повышения ее применяют искусственную сушку при температуре 200–400 °С или прокалку при температуре 800–1100 °С.

 

Брикетирование

Брикетирование – процесс обработки сыпучих и рыхлых материалов прессованием с получением кусков правильной и единообразной формы – брикетов. Масса брикетов достигает 3 кг. Брикеты должны обладать достаточной механической и термической прочностью, не подвергаться истиранию. Брикет должен выдерживать нагрузку на сжатие в пределах 3–10 МПа, не разрушаться при падении во время перегрузок.

Для изготовления брикетов используют прессы различных типов:

валковые,

штемпельные,

столовые,

рычажные,

ленточно-вакуумные, кольцевые.

Они могут быть непрерывного и периодического действия, с односторонним и двухсторонним обжатием материала, холодного и горячего (до 1000 °С) брикетирования.

Валковой пресс содержит установленные друг против друга попарно, вращающиеся встречно, приводные валки 1 с формующими ячейками 2 в виде симметричных полуформ будущих брикетов; вертикальный загрузочный бункер-распределитель 3 со шнековым питателем 4.. Выходное отверстие бункера-распределителя 3 расположено над валками 1 с возможностью вертикальной подачи брикетной смеси в зону 5 угла захвата брикетной смеси валками 1 и заполнения ею формующих ячеек 2 валков 1. Шнек 6 питателя 4 размещен в нижней части бункера-распределителя 3 сбоку и наклонно в непосредственной близости от валков 1, при этом осевая шнека 6 направлена в зону 5 угла захвата брикетной смеси валками 1.

На валки закреплены сменные бандажи с ячейками в виде различных симметричных полуформ брикетов. Бандажи выполняют из износостойких хромистых сталей. Шихта подается в пространство между валками, заполняет ячейки, которые при вращении валков точно совпадают друг с другом, и таким образом спрессовывается в брикеты.

 

Внешний вид и схема валкового пресса

 

Валковые прессы обеспечивают давление прессования до 160 МПа,

диаметр валков составляет 700–1400 мм,

ширина 300–1200 мм,

скорость вращения валков 4 –10 мин^-1,

производительность 50–200 т/ч.

объем брикета 70–200 см³,

масса – 15–500 г.

Различные типы бандажей валковых прессов

 

Штемпельные прессы менее распространены в цветной металлургии, чем валковые.

Брикетирование в штемпельных прессах идет в периодическом режиме путем одновременного сжатия загруженной в форму шихты верхним и нижним штемпелями. Брикеты получают в виде цилиндра (диаметр 90– 110 мм, высота 75–80 мм, масса 2,0–2,5 кг) или параллелепипеда (кирпича) массой 4 –7 кг. Усилие прессования в штемпельных прессах до 100–120 МПа.

Штемпельные прессы малопроизводительны, имеют большие габаритные размеры и высокий расход электроэнергии (в 3–5 раз выше в сравнении с валковыми).

 

Вопросы для подготовки

1. Перечислите операции, используемые для подготовки сырья к металлургической переработке и обозначьте их назначение.

2. Дайте сравнительную характеристику складов открытого и закрытого типов.

3. Для чего предназначено бункерное оборудование? Какие типы бункеров используют в металлургии?

4. Назовите питатели, используемые для загрузки материалов и принципы их работы.

5. Назначение операции дробления. Виды дробления. Типы дробилок, используемых в металлургическом производстве.

6. Принципы действия щековой и валковой дробилок. Сравнение показателей работы.

7. Принципы действия конусной и щековой дробилок. Сравнение показателей работы.

8. Принципы действия роторной и конусной дробилок. Сравнение показателей работы.

9. Назначение операции измельчения. Виды измельчения. Типы применяемых мельниц.

10. Шихтоподготовка. Ее назначение. Принцип работы механизированного шихтарника.

11. Шихтоподготовка. Ее назначение. Принцип приготовления шихты бункерным способом.

12. Лопастные смесители. Принцип действия. Показатели работы.

13. Барабанные смесители. Принцип действия. Показатели работы.

14. Назначение операций обезвоживания материалов. Виды обезвоживания. Достигаемые результаты. Виды сушки. Типы оборудования, применяемого для сушки материалов.

15. Барабанные печи-сушилки. Назначение. Область применения. Показатели работы.

16. Трубы-сушилки. Назначение. Область применения. Показатели работы.

17. Распылительные сушилки. Назначение. Область применения. Показатели работы.

18. Окатывание материалов. Назначение операции. Применяемое оборудование.

19. Брикетирование материалов. Назначение операции. Применяемое оборудование.