Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологические расчеты в металлургии цветных металлов. Лабораторный практикум
.pdf
2.4. Порядок проведения работы
Студенты получают индивидуальное задание для составления и
расчета баланса технологической схемы по металлу (целевому компоненту). Варианты индивидуальных заданий приведены в прил. Б.
2.5. Обработка экспериментальных данных
На основании индивидуального задания студенты составляют и
рассчитывают баланс технологической схемы по металлу и определяют сквозное извлечение металла в выходящие прод
укты техноло-
гической схемы.
2.6. Составление отчета
Отчет должен содержать: индивидуальное задание по работе; баланс по металлу и результаты его расчета; гистограммы сквозного
извлечения металла в выходящие потоки схемы. Отчет предъявляется на проверку преподавателю на следующем занятии.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой баланс по металлу?
2. С какой целью со
ставляется баланс технологических схем по
металлу?
3. В чем отличие извлечения и сквозного извлечения?
4. Что представляет собой уравнение проверки расчета баланса по
металлу?
5. Какие данные необходимы для составления баланса по металлу?
11
Лабораторная работа 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОНЕНТОВ ШИХТЫ
(4 часа)
3.1. Цель работы
Приобретение навыков определения насыпной плотности шихты,
гранулометрического состава концентрата, угла естественного откоса и степени усреднения компонентов шихты.
3.2. Теоретическое введение
Пирометаллургическим операциям, таким как: плавка, обжиг,
спекание и др., предшествует операция шихтоподготовки, основной
задачей которой является обеспечение усреднения материалов по
химическому и фазовому составу.
Для оценки степен
и усреднения шихты используются соотноше-
ния [1]:
ааn
а an (3.2)
i
где a
– содержание компонента в разовой пробе;
i
;
(3.1)
i
2
1;
,k (3.3)
12
n – количество разовых проб;
k – показатель усреднения шихты;
, 2 – среднеквадратичное отклонение до и после усреднения.
1
Чем выше значение показателя k, тем выше степень усреднения и
однороднее по составу материал.
Шихту приготовляют разными методами. Чаще всего для этой цели применяют бункерную или штабельную шихтовку.
Бункерный способ приготовления шихты отличается гибкостью в
управлении, обеспечивая быстрый переход с одного состава шихты
на дру
гой, и применяется на предприятиях малой и средней производительности при частой смене поставщиков сырья. При этом способе
исходные материалов загружаются в отдельные отсеки склада закры-
12
того типа и далее транспортируются в бункера шихтарного отделения, установленные в один ряд (рис. 3.1). Каждый бункер снабжен
загрузочным дозатором дискового, ленточного или другого типа, с
помощью которого материалы в заданном соотношении подаются на
ленту транспортера.
Рис. 3.1. Схема бункерного способа приготовления шихты:
1 – бункер; 2 – питатель; 3 – ленточный транспортер (питатель);
4, 5 – концентрат I; 6 – концентрат II; 7 – обороты; 8 – кварц;
9 – известняк; 10 – шихта
Технологическими называют свойства шихты, определяющие выбор способов и режимов транспортировки, дозирования, спекания и
других переделов или операций технологического процесса [2].
К технологическим свойствам шихты относится:
– гранулометрический состав;
– насыпная плотность;
– угол естественного откоса;
– текучесть;
– слеживаемость;
– влажность и др.
Гранулометрический состав компонентов шихты является важной технологической характеристикой. Более мелкие размеры зерен,
т.е. мелкозернистое сы
рье, позволяют улучшить гомогенизацию
шихты и coкратить продолжительность процесса (например, спекания и др.). С другой стороны, тонкоизмельченное сырье ведет к увеличению потерь вследствие пыления. Напротив, зерна большого
диаметра затрудняют скорость реакций в процессе.
Одним из вариантов определения гранулометрического состава
компонентов шихты является ситовой анализ. Для ана
литических
целей наиболее распространены вибрационные грохоты – вибросита
(рис. 3.2).
13
Насыпная плотность – это отношение массы порошка при сво-
бодной насыпке к его объему. Величина ей обратная – это насыпной
объем.
Насыпная плотность определяется действительной плотностью
материала порошка, размером и формой частиц, гранулометрическим
составом, свойствами поверхности частиц и еще многими факторами. Насыпная плотность, как технологический фактор, определяет
объем бункеров для приготовления шихты.
Рис. 3.2. Вибрационный грохот для ситового анализа [2]:
1 – станина грохота с приводом колебательного движения;
2 – фиксирующие колонки; 3 – набор сит; 4 – зажим
Следует отметить, что при одинаковой насыпной плотности порошки могут иметь различный гранулометрический состав, форму
частиц, текучесть и т.д.
Для определения насыпной плотности мерный сосуд емкостью
3
25 см
через воронку доверху заполняют порошком, масса которого,
умноженная на 0,04, дает насыпную плотность в г/см
3
, т.е. массу
единицы объема. Тонкие порошки при определении этой массы засыпают в мерный сосуд по специальным стеклянным пластинам
(прибор называется волюмометр Скотта – рис. 3.3).
Угол естественного откоса. При высыпании сыпучего материала
на горизонтальную плоскость образуется горка с некоторым углом
14
откоса, соответствующим равновесию частиц. Угол между горизонтальной плоскостью и линией откоса называют углом естественного
откоса. Он является наибольшим углом, который может быть образован плоскостью естественного откоса с горизонтальной плоскостью, и служит одним из основных показателей подвижности материала. Его величина определяется силами трения, которые зависят от
формы, размера частиц и влажно
сти. Наибольшая подвижность частиц сыпучего материала соответствует минимальному углу естественного откоса, по мере увеличения этого угла подвижность частиц
уменьшается.
Рис. 3.3. Волюмометр Скотта для определения насыпной плотности:
1 – сито; 2 – корпус; 3 – переходник; 4 – нижняя квадратная воронка;
5 – приемная емкость; 6 – стойка
15
Угол естественного откоса необходимо учитывать при определении поперечного сечения ленточного питателя и полезной емкости
бункера.
Угол естественного откоса с достаточной точностью может быть
определен следующим образом: отрезок цилиндрической трубы устанавливают вертикально на горизонтальной плоскости и заполняют
испытуемым материалом (рис. 3.4). Затем трубу медленно поднимают. Высыпавшийся материал располагается на плоскости под уг
лом
естественного откоса.
а б
Рис. 3.4. Способы определения угла естественного откоса: с помощью
убираемой трубы (а), при свободном высыпании из воронки (б) [2]:
1 – гладкая плита; 2 – труба; 3 – порошок; 4 – свободно отсыпанный
порошок, – угол естественного откоса
3.3. Перечень оборудования и реактивов
1. Вибрационный грохот.
2. Весы технические
3. Рентгенофлуоресцентный анализатор ARL Optim’X.
4. Ручной пресс для пробоподготовки.
5. Пресс-форма.
6. Ступка.
7. Волюмометр.
8. Концентраты вольфрамитовые.
9. Борная кислота.
10. Сода
3.4. Порядок проведения работы
Бригада студентов (2–4 чел.) получает индивидуальное задание на
определение технологических свойств шихты и ее компонентов.
1. Ситовой анализ концентрата
16
Концентрат тщательно перемешивают и формируют тонкий слой
округлой формы для отбора средней пробы квартованием. Для этого
с помощью линейки или шпателя весь материал двумя взаимно перпендикулярными линиями делят на четыре равные части (квадранты). Два противоположных квадранта удаляют, а два других оставляют в качестве сокращенной пробы. Таким образом, сокращение
проводят до тех пор, пок
а не останется необходимая для анализа
масса материала (в соответствии с заданием).
Выбранные сухие и чистые сита укладывают по возрастающему
размеру ячеек одно над другим, поддон помещают под нижним ситом. Взвешенную пробу высыпают на верхнее сито и закрывают
крышкой. Приготовленный таким образом набор сит помещают на
встряхив
атель и включают его. Время рассева-пробы составляет
5…30 мин в зависимости от крупности материала. По окончании
рассева отдельные фракции высыпают из сит, начиная с сита с большими ячейками. Содержимое на сите осторожно стряхивают на одну
сторону и пересыпают на глянцевую бумагу. Порошок, приставший
к сетке или рамке сита, осторожно п
ротирают легкой кистью через
сетку в следующее сито с меньшими ячейками. Фракцию, высыпанную на глянцевую бумагу, взвешивают с точностью до 0,01 г.
Такую операцию повторяют для каждого сита и поддона. Масса
всех фракций в сумме должна составлять не менее 99 % массы испытываемой пробы. Разницу между этой суммой масс и массой пробы
(100 или 50
г) определяют по всем анализируемым фракциям про-
порционально их массам.
2. Насыпная плотность шихты и ее компонентов
Пустую мерную емкость взвесить.
В соответствии с заданием материал насыпают в волюмометр или
воронку с высоты 50 мм. После наполнения мерной емкости материалом с некоторым избытком, излишек удаляют с помощью линейки. Следу
ет избегать толчков, соответствующих уплотнению материала. Затем емкость взвешивают и определяют насыпную плотность
материала. Измерения повторить два раза.
3. Оценка степени усреднения шихты
На основании содержания WО
в концентрате и протекания реак-
3
ций
2FeWО
3MnWО
+ 2Na2CО3 + l/2О2 = 2Na2WО4 + Fe2О3 + 2CО2;
4
+ 3Na2CО3 + l/2О2 = 3Na2WО4 + Mn3О4 + 3CО2
4
17
рассчитать и подготовить шихту (в количестве 25 г) для спекания
вольфрамитового концентрата с содой из расчета избытка Na
2CО3
в
шихте 10…15 % сверх стехиометрического количества, расхода оборотов (оксидов железа и марганца) до содержания WО
в шихте на
3
уровне 20…22 % и селитры 1…4 % от массы шихты.
Шихту тщательно перемешивают и отбирают три разовые пробы
(по 2 г) для анализа их химического состава рентгенофлуоресцентным методом на APL Optimi’x в соответствии с методикой, приведенной в лабораторной работе 1.
4. Угол естественного откоса
Угол естественного откоса определяется следующим образом
(рис. 3.5). В тру
бу 1, установленную на основании 2 и направляющих
3, засыпают порцию шихты (см. рис. 3.5, а). Трубу поднимают вверх
и материал высыпается на основание. Излишки материала ссыпаются
с основания (рис. 3.5, б). Трубу 1 опускают вниз до касания с открытой поверхностью материала (рис. 3.5, в). По шкале, которая нанесе-
на на наружную поверхность тру
бы, определяют расстояние Н между нижним и верхним основаниями усеченного конуса и фиксируются значениях диаметров D и d.
а б в
Рис. 3.5. Схема устройства и последовательности определения угла
естественного откоса [3]
3.5. Обработка экспериментальных данных
На основании индивидуального задания студенты определяют
технологические свойства шихты и ее компонентов.
18
1. Ситовой анализ концентрата
f
Результаты ситового анализа записывают в виде таблицы, причем
содержание фракций, составляющих менее 0,1 %, записывают словом «следы». Для каждого порошка ситовый анализ проводят не менее двух раз. Расхождение между параллельными определениями
соответствующих фракций не должно превышать 3 %. За величину
фракции принимают среднее арифметическое результатов параллельных определений. Построить гистограмму распреде
ления частиц
по размерам.
2. Насыпная плотность шихты и ее компонентов
Результаты измерений масс пустой и наполненной мерной емкости занести в таблицу и рассчитать насыпную плотность материала
(г/см
н
3
) по формуле
где
m – масса пустой мерной емкости, г;
m
– масса мерной емкости с материалом, г;
1
V – объем мерной емкости, см
3. Оценка степени усреднения ши
mmV , (3.4)
н 1
3
.
хты
Результаты измерений обрабатываются с использованием зависимостей (3.1) – (3.3).
4. Угол естественного откоса
При известных значениях диаметров D и d (см. рис. 3.5) рассчитывается угол естественного откоса (
трения (
) по формуле
ест
arctg[ 2 ]HDd , (3.5)
tg 2fHDd
. (3.6)
ест
) и коэффициент внутреннего
Определить объемы бункеров для хранения концентрата и соды,
допустимые углы наклона ребер и стенок бункера и производительность ленточного питателя (прил. В) [3].
3.6. Составление отчета
Отчет должен содержать: индивидуальное задание по работе; результаты замеров и расчета технологических характеристик шихты и
ее компонентов; расчет бункера и ленточного питателя. Отчет предъявляется на проверку преподавателю на следующем занятии.
19
Контрольные вопросы
1. Шихтоподготовка в цветной металлургии. Требования к качеству шихт. Бункерный и штабельный способы приготовления шихты,
их сущность и применение (привести схемы приготовления шихты).
2. Дать определение насыпной плотности и гранулометрического
состава материала.
3. Как влияет насыпная плотность материала на размеры бункеров
для хранения и ленточных транспортеров?
4. Что такое угол естественного откоса? От чего он за
висит и на
какие характеристики оборудования оказывает влияние?
5. Перечислить основные характеристики шихты и ее компонентов.
6. Как определить степень однородности шихты?
7. Какие аппараты и механическое оборудование применяется для
приготовления шихты?
8. Каково основное назначение операции шихтоподготовки?
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]