3.1. Обладнання для брикетування руд і концентратів

Особливості процесу брикетування.

Брикетування - це процес перетворення дрібнозерни-стих матеріалів у крупнокускові продукти (брикети) шляхом пресування. При цьому змінюється тільки крупність шматків і залежні від неї властивості матеріалу, а хімічний склад залишається незмінним. Форма брикетів визначається конфігурацією пресформи брикетного преса.

Від інших способів окускування брикетування відрізняється простотою процесу й дешевиною. Наприк-лад, для залізних руд собівартість продукції агломерацій-ного виробництва в порівнянні із брикетувальним вище на 20-70%, огрудкувальним - на 10-50%, витрати на пере-робку 1 т сировини - відповідно на 30-60% й 0-40%, питомі капітальні витрати - відповідно на 10-100% й 20-80%.

Процес брикетування широко застосовується для окускування вугільного дріб'язку. У кольоровій металургії його використовують у випадку непридатності по тим або іншим причинам агломерації. Брикетування руд і концентратів чорних металів носить поки обмежений характер у зв'язку з відсутністю достатньо продуктивного й ефективного пресового устаткування.

Разом з тим, брикетування руд і відходів металургійного виробництва - високоекономичний процес, здатний успішно конкурувати з агломерацією й огрудку-ванням. Використання брикетів у металургійному вироб-ництві дозволяє:

- підвищити потужність металургійних печей за рахунок більшої насипної густини брикетів у порівнянні із шихтою;

- забезпечити більш швидке протікання відбудовних процесів;

- знизити витрати електроенергії в електросталеплавиль-ному процесі й загальне споживання тепла;

- підвищити стабільність властивостей металу, що виплав-ляється, з одночасним збільшенням його добування;

- розширити сировинні ресурси металургійного переділу за рахунок використання відносно бідних руд, недефіцитних видів палива й вуглевмісних відходів виробництва;

- поліпшити умови праці обслуговуючого персоналу.

До переваг цього виду окускування слід віднести однакові форму й вагу брикетів, а також більш сприятливі санітарні умови їхнього виробництва в порівнянні з агломерацією й огрудкуванням.

До брикетів пред'являються різноманітні вимоги, продиктовані умовами їхнього транспортування, зберігання й наступного використання. До них відносяться:

- атмосферна стійкість (здатність не руйнуватися під впливом вологості повітря й температурних коливань);

- вологостійкість (мінімальне поглинання вологи й здат-ність не руйнуватися під впливом води);

- механічна міцність (здатність витримувати зовнішні механічні впливи без руйнування);

- термостійкість (здатність не руйнуватися в печі);

- газопроникність (вимірюється об’ємом газу, що прохо-дить через одиницю площі поверхні брикету в одиницю часу).

На процес брикетування впливають склад і властивості вихідного матеріалу, його вологість, крупність, температура після сушіння, питомий тиск і тривалість пресування.

Брикетування як технологічний процес окускування корисних копалин складається з наступних основних виробничих операцій:

- підготовка сировини до пресування: дроблення, просію-вання, подрібнення й сушіння; дозування й змішування компонентів брикетної шихти;

- пресування брикетної шихти;

- обробка сирих брикетів з метою найшвидшого їхнього затвердіння (охолодження, пропарювання, карбонізація, сушіння, відбудовний випал й ін.);

- складування й навантаження готових брикетів.

Залежно від способу зв'язування часток у брикеті розрізняють брикетування без зв'язувальних і з додаванням зв'язувальних речовин.

Без додавання зв'язувальних брикетують руди, до складу яких уже входять компоненти з в'язкими власти-востями (наприклад, глина). У цьому випадку частки в брикеті поєднуються під дією молекулярних сил зчеплен-ня, що виникають при пресуванні. Для одержання якісних брикетів величина тиску під час пресування повинна бути в межах 100-120 МПа.

Процес пресування без зв'язувальних речовин складається із двох стадій: стадії стиску матеріалу при наростанні тиску до максимуму й стадії деякого розширення готового брикету за рахунок пружності при знятті тиску.

Брикетування зі зв'язувальними речовинами забезпечує зчеплення часток завдяки склеюючій здатності добавок. В якості таких добавок використовують неорганічні й органічні речовини.

Для брикетування руд застосовують головним чином неорганічні зв'язувальні речовини, такі як цемент, вапно, глину, гранульовані доменні шлаки, чавунну стружку, гіпс, рідке скло й ін. Бажано, щоб зв'язувальна речовина виконувала при наступній доменній плавці роль флюсу або вуглецевого відновлювача заліза.

Брикетування зі зв'язувальними речовинами не вимагає високого тиску пресування (оптимальними вважаються величини 40-50 МПа). Крупність і гранулометричний склад вихідного матеріалу повинні відповідати умовам одержання якісних брикетів при мінімальній витраті зв'язувальної речовини. Якщо остання є флюсом або відновлювачем, то її витрата при брикетуванні визнача-ється, виходячи з вимог наступної плавки.

Брикетування тонкоподрібнених залізорудних концент-ратів є одним із засобів покриття дефіциту в мартенівських рудах.

Типова схема ланцюга апаратів для брикетування залізних руд наведена на рис. 3.1. Вихідний матеріал надходить у витратні бункери 1, обладнані дозаторами 2, звідки спрямовується на збірний конвеєр 3. Вапно перед надходженням у витратний бункер дробиться й подрібнюється в щоковій дробарці 4 і кульовому млині 5. Після дозування вапно разом з іншими матеріалами надходить на конвеєр 3. Далі шихта спрямовується для сухого перемішування в змішувач 6. У змішувачі 7 вона додатково перемішується, зволожуючись парою й водою. Підготовлена брикетна суміш транспортується у вальцьовий прес 8. Брикети з-під преса надходять на колосниковий грохот 9 для відсіювання дріб'язку. Сирі брикети для зміцнення спрямовуються в тунельну сушарку 10. Готові брикети через бункер 11 надходять на відвантаження споживачеві.

Обладнання для брикетування.

За технологічним призначенням устаткування брикет-ного виробництва ділиться на обладнання для підготовки й дозування брикетної шихти, обладнання для пресування й устаткування для охолодження, навантаження й складування брикетів.

Дробильно-сортувальне устаткування включає машини й апарати для забезпечення необхідного гранулометричного складу брикетної шихти. При брикетуванні залізних руд зі зв'язувальними матеріалами найбільш сприятлива крупність 0-5 мм, при брикетуванні без них верхню межу крупності знижують до 1-2 мм.

Рис. 3.1. Типова схема ланцюга апаратів

для брикетування залізних руд:

1 – витратні бункери; 2 – дозатори; 3 – збірний конвеєр; 4 – щокова дробарка; 5 – кульовий млин; 6, 7 – змішувачі; 8 – вальцьовий прес; 9 – колосниковий грохот; 10 – тунельна сушарка; 11 – бункер

Для дроблення рудних матеріалів використовують щокові й конусні дробарки, вугіль – валкові зубчасті, дробарки ударної дії. Подрібнення здійснюють за допомогою кульових і стрижневих млинів.

Для просіювання руд і вугіль застосовують інерційні грохоти типу ГИЛ, ГИСЛ і резонансні. Для вугіль можуть бути використані валкові грохоти.

Навантаження, розвантаження, дозування сировини здійснюється стрічковими й скребковими конвеєрами, різного роду живильниками й дозаторами.

Особливе значення для процесу підготовки руди, рудних концентратів і відходів виробництва до брикетування має вміст вологи. Наявність у брикетованому матеріалі більше 6-8% вологи негативно впливає на міцність брикетів. В одних випадках (наприклад, при брикетуванні матеріалу без зв'язувальних) може знадобитися певне зволоження шихти, в інших (коли сировина містить багато вологи, особливо в процесах з використанням зв'язувальних) – сушіння, для якого застосовується сушильне устаткування. Залежно від виду сушильного агента воно може бути газовим і паровим.

Основними типами газових сушарок є барабанні сушарки, труби-сушарки й сушарки киплячого шару.

З парового сушильного устаткування використовую-ться трубчасті барабанні й тарілчасті сушарки.

Засоби механізації процесів підготовки й дозування компонентів брикетної суміші включають машини для доставки зв'язувальних матеріалів, насоси для їхнього перекачування, дозатори й змішувачі.

Наприклад, усереднення компонентів суміші здійснюється в спеціальних горизонтальних і вертикаль-них змішувачах. На рис. 3.2 показана схема горизонталь-ного двохвального лопатевого змішувача, що представляє собою подовжене металеве корито шириною 0,5 м, усередині якого розташовані два вали з лопатевою навивкою, що обертаються в протилежні сторони із частотою 60-80 об/хв.

Для змішування компонентів з одночасним їхнім подрібненням можуть також використовуватися дезінтег-ратори й чашовидні подрібнювачі (бігуни).

Для виготовлення рудних брикетів служать різні конструкції пресів. Застосовуються преси періодичної й безперервної дії. До перших відносяться штемпельні, револьверні і важільні, до других - кільцеві й вальцьові.

Рис. 3.2. Схема двохвального лопатевого змішувача:

1 – корпус; 2 – лопата; 3 – вал; 4 – привод

На рис. 3.3 показаний загальний вигляд штемпельного преса, використовуваного для брикетування тонкозерни-стих руд, що вимагають високих зусиль пресування (до 2-3 МН при питомому тиску пресування 100-120 МПа). Прес складається зі станини 1, пресової головки 2, пресового механізму 3 і приводу 6. Станина встановлена на потужному залізобетонному фундаменті 7 і несе корінні підшипники 5 колінчастого вала 4.

Пресова головка є головним вузлом преса, у якому й здійснюється власне брикетування. Процес йде періодично в горизонтальному матричному каналі, по довжині якого є звуження, називане букелем. Преси можуть бути одно-, двох-, трьох-, і чотирьохштемпельні, із кривошипно-шатунним або колінчасто-важільним механізмом. За один оберт колінчастого вала й один зворотно-поступальний рух виконавчого органа преса (штемпеля) утворюється від одного до чотирьох брикетів (залежно від кількості штемпелів). Найпоширеніші двохштемпельные преси. На рис. 3.4 показана схема пресування матеріалу в каналі штемпельного преса. При проходженні каналу кожен брикет піддається дії 16-20 стисків.

Рис. 3.3. Загальний вигляд штемпельного преса:

1 – станина; 2 – пресова головка; 3 – пресовий механізм; 4 – колінчастий вал; 5 – корінні підшипники; 6 – привод; 7 – фундамент

Продуктивність штемпельного преса (т/год):

де - площа поверхні, що пресує, см²;

- товщина брикету, см;

- густина брикету, г/см³;

- кількість штемпелів;

- число ходів штемпеля у хвилину.

Револьверні й важільні преси близькі за принципом роботи. Він характеризується двостороннім і двоступін-частим стиском брикетної суміші в пресформі за допомогою поршнів.

Рис. 3.4. Схема пресування матеріалу в каналі штемпельного преса:

1 – нижня робоча матриця; 2 - верхня робоча матриця; 3 – випускна букельна матриця; 4 – завантажувальний канал; 5 – штемпель; 6 – брикетна стрічка в каналі преса

Кільцевий прес дозволяє розвивати тиск пресування 200-300 МПа. Конструктивні особливості преса показані на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Схема кільцевого преса:

1 – кільце; 2 – відцентровий живильник; 3 – гвинтовий конвеєр; 4 – завантажувальний конвеєр; 5 – вал; 6 – пресовий диск; 7 – приводні ролики; 8 – стінка; 9 – шина; 10 – виступи

Основними деталями преса є кільце 1, що опирається на приводні ролики 7, і пресовий диск 6. На внутрішній поверхні кільця виконаний паз. Ребро розділяє диск, що пресує, на два канали, у яких відбувається стиснення матеріалу.

Прес безупинно завантажується гвинтовим конвеєром 4, вісь якого перпендикулярна торцевої площини кільця. Далі матеріал відцентровим живильником 2, установленим на валу 5, спрямовується в канал кільця (докладніше він показаний на рис. 3.6). Для якіснішого заповнення каналу матеріал подається в живильник із запасом, а його надлишки видаляються гвинтовим конвеєром 3. Згодом цей матеріал знову потрапляє на конвеєр 4.

Завантажений у канал преса матеріал захоплюється обертовим кільцем завдяки силам тертя його об бічну стінку пресового диска по периметрі а - б - в. Одночасно матеріал гальмується нерухомими поверхнями стінки 8 і шини 9. Починаючи з деякої точки А висота шару АВ зменшується під дією зусиль пресового диска. Максима-льне ущільнення буде досягнуто на лінії центрів кільця й пресового диска й буде дорівнювати висоті СD. Далі за рахунок збільшення зазору між поверхнями диска й дна каналу висота брикетної стрічки буде збільшуватися під дією сил пружних деформацій і досягне максимального розширення в точці Е. Тут стрічка починає втрачати контакт із пресовим диском, а її видалення з каналу кільця відбувається у верхній його частині, де закінчується шина 9. При виході з каналу брикетні стрічки розламуються спеціальним пристроєм на окремі брикети.

Продуктивність кільцевого преса (т/год):

де - ширина брикету, см;

- висота брикету, см;

- окружна швидкість по дну каналу кільця, м/с;

- густина брикету, г/см³;

- число каналів преса (звичайно два).

Вальцьові преси одержали найбільше поширення при брикетуванні руд. Вони відрізняються високою продуктив-ністю, великими зусиллями пресування, економічні, не вимагають значних експлуатаційних витрат, малогабарит-ні. Вальцьові преси дозволяють порівняно просто змінюва-ти розміри й форму брикетів й є універсальними для брикетування будь-якої рудної або композиційної сировини.

Рис. 3.6. Канал пресового кільця:

1 – пресове кільце; 2 – пресовий диск; 3 – формувальні сегменти; 4 – стяжний болт; 5 – прокладка

Вальцьовий прес представляє собою апарат, що складається з живильника-завантажника (розподільної чаші), валків з бандажними кільцями й станини з розміщеною на ній системою гідравлічного стиску валків. Рудний дріб'язок спочатку проходить паровий змішувач, у якому він пропарюється перегрітою парою (температура 300-350ºС, тиск 0,4-0,5 МПа) і перемішується. При цьому доданий зв’язувальний матеріал розм'якшується й обволікає поверхні часток. Температура шихти на виході - 90-100ºС.

Далі гвинтовим конвеєром шихта транспортується в розподільну чашу, охолоджуючись по дорозі. Чаша служить для рівномірного завантаження вальцьового преса.

Схема процесу пресування у вальцьовому пресі показана на рис. 3.7. Бандажні кільця валків із твердої зносостійкої сталі мають вифрезеровані на поверхні чарунки у вигляді різних симетричних півформ брикетів. Пресування шихти відбувається в просторі між обертовими назустріч один одному валками. Шихта надходить в чарунки й при їхньому зближенні ущільнюється й спресовується в брикет на лінії центрів (X -X), де сполучаються чарунки півформ брикетів. За лінією центрів чарунки валків розходяться й спресовані брикети під дією пружних сил і власної маси випадають із них і направляються на охолодження.

Ефективність роботи вальцьових пресів багато в чому залежить від попереднього ущільнення шихти - підпресування, основна мета якого - збільшення насипної маси пресованого матеріалу. Одночасно при цьому досягається зниження витрат зв’язувального матеріалу, зменшення пластичності брикетної суміші, суворе дозування шихти в міжвалковий простір. Застосування підпресування дозволяє розвити тиск пресування у вальцьових пресах більше 100 МПа.

Найбільше поширення одержали шнекові підпресувальники, що забезпечують попередній тиск 50-80 МПа. Деякі конструкції шнекових підпресувальників показані на рис. 3.8. Вони мають один, два, три або чотири шнеки залежно від властивостей брикетованого матеріалу й ширини робочої частини валків. Шнеки можуть бути вертикальними і похилими, мати конічну або циліндричну форму.

Продуктивність вальцьового преса (т/год):

де - маса брикету, м;

- число осередків на бандажі;

- число обертів вальців, хв^-1.

Рис. 3.7. Схема процесу пресування

у вальцьовому пресі:

1 – брикетна шихта; 2 – готові брикети; 3, 4 – валки (вальці);

D – діаметр валків; D₀ – умовний діаметр окружності; P – сила стиску валків; α_о – кут нахилу розпірних зусиль між валками; X-X – лінія центрів, по якій відбувається стиск шихти

Рис. 3.8. Типи підпресувальників:

а, б – вертикальні; в – похилий;

1 – шнек; 2 – пресові вальці

Брикет, що виштовхується із преса, надходить до охолоджувального устаткування.

Для охолодження брикетів використовуються охолод-жувальні жолоби, які представляють собою подовжену металеву конструкцію із перерізом, що відповідає габаритам брикетів, батарейні жолоби, складені з каскадно розташованих коротких лінійних жолобів, конвеєри із сітчастою або синтетичною стрічкою. Останній варіант знаходить переважне застосування. За своєю конструкцією ці апарати нагадують стрічковий конвеєр із плоскою роликоопорою. Вони відрізняються спеціальною конструкцією натяжного й головного барабанів, які футеровані деревом і мають діаметр приблизно в 2-2,5 рази більше, ніж у звичайного конвеєра. Брикети укладаються не суцільною масою, а в розкиданому вільному стані на деякій відстані один від одного. Швидкість руху стрічки не перевищує 0,2-0,3 м/с. Для охолодження брикетів використовуються обидві гілки стрічки.