CC BY
2
УДК 622.732.2:669.046.58
АДАПТАЦИЯ ВАЛКОВОЙ ДРОБИЛКИ К ПЕРЕРАБОТКЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
И.В. Шадрунова, О.Е. Горлова, Е.В. Колодежная, И.М. Кутлубаев
Рассмотрены преимущества использования валковых дробилок в технологических схемах переработки металлургических шлаков. Приведены факторы, определяющие эффективность дезинтеграции шлаков в процессах дробления, и сформулированы требования к технологическим аппаратах для повышения эффективности подготовки к магнитной сепарации. Приведена схема силового взаимодействия куска шлака в камере дробления валковой дробилки. Обоснован механизм разрушения кусков шлака повышенной крупности и прочности за счет увеличения дробящего усилия при установке дополнительной нагрузки. Приведен анализ гранулометрического состава дробленого на валковой дробилке металлургического шлака.
Ключевые слова: дезинтеграция техногенного сырья, труднодробимые куски, металлургические шлаки, подготовка материала к магнитной сепарации.
Введение
Современный этап промышленной переработки полезных ископаемых характеризуется увеличением объема образования и накопления техногенных горнопромышленных отходов [1]. Сложившаяся ситуация с накопленными отходами в основных металлургических регионах России, истощение запасов богатых и легкообогатимых руд, а также государственная политика, направленная на стимулирование горнодобывающих и металлургических предприятий к рециклингу и утилизации собственных отходов производства, позволяет рассматривать отходы в качестве альтернативного источника металлического и горно-химического сырья [2
- 4].
Одним из наиболее успешных примеров рециклинга многотоннажных техногенных отходов является переработка шлаков черной металлургии [5]. Это подтверждают и официальные статистические данные [6, 7], и лучшие практики переработки отходов на примере крупных российских горно-металлургических компаний [8 - 10]. Согласно отраслевой программе «Применение вторичных ресурсов и вторичного сырья из отходов в промышленном производстве» (Паспорт отраслевой программы «Применение вторичных ресурсов и вторичного сырья из отходов в промышленном производстве». Утв. Правительством РФ 17 ноября 2022 г. № 13493п-П11), доля утилизации отходов черных металлов в 2021 г. составила более 97 %. Количество образования отходов добычи и обогащения руд черных и цветных металлов в 2021 г. составило 477 млн т, количество утилизации -161,8 млн т. Доля утилизации составила 33,9 % [5]. По данным Росприрод-надзора, из общего объема утилизированных отходов в 2022 г. (4107 млн т) объем отходов для повторного применения составил 1608,6 млн т или
39,2% [7]. Эффективная сеть предприятий по утилизации отходов производства и получение из них вторичного сырья непрерывно увеличивается.
Данные, приводимые в отчетности крупных отечественных металлургических компаний, свидетельствуют о гораздо больших объемах утилизации собственных отходов и, в частности, основных оборотных продуктов - металлургических шлаков. К примеру, в одном из крупнейших российских предприятий чёрной металлургии ПАО «ММК» переработка шлаков, как образованных за период 2022 г., так и накопленных в отвалах, на специализированных установках составила 12,7 млн т. [8]. Полученные металлические фракции полностью использованы в аглошихте, а гранулированный шлак, шлаковый щебень, щебеночно-песчаная смесь реализуются как товарные продукты внутренним и внешним потребителям. Полученный на установке придоменной грануляции гранулированный шлак является рекультивантом отработанных железорудных карьеров ПАО ММК. В компании вторично перерабатывается 100 % собственных железосодержащих отходов. Поставлена задача до 2025 г. достичь 90 %-ной доли возвращения всех образующихся твердых отходов в производственный цикл. В 2022 г. этот показатель составил 77,1 % по твердым отходам [8].
Основными видами продукции из шлаков как в России, так и за рубежом, являются оборотный продукт для металлургии, щебень и песок [5, 11, 12]. Менее массовым является производство пемзы, известковых и фосфорных удобрения, шлаковой ваты, литых изделий, высокоглиноземистого клинкера [5]. При этом минеральный фазовый состав большинства шлаков черной металлургии допускает их получение.
Технологические схемы переработки сталеплавильного шлака для получения оборотного продукта для металлургии достаточно просты и включают рассев исходной массы на фракции щебня дорожного или строительного назначения, либо заполнителей для бетонов и магнитную сепарацию фракционированного материала для извлечения магнитных включений [12-16]. При реализации таких схем извлекаются порядка 60 - 65 % металла с содержанием железа в готовых продуктах 40 - 50 % [17, 18]. Повышение степени переработки шлаков для получения высококачественных железосодержащих концентратов и повышение эффективности магнитной сепарации обеспечивается при использовании дезинтеграции шлака. Операция позволяет освободить металлические включения от шлаковой «рубашки» и повысить контрастность материала, поступающего на магнитную сепарацию. На дробление, как правило, поступает шлак фракции 0 - 40 мм, а крупнокусковой материал подвергается только рассеву и магнитной сепарации.
Анализ российской и мировой практики переработки техногенного сырья черной металлургии [11 - 28] и собственные исследования авторов [2, 16, 29 - 32] показали, что схемы дробления металлургического шлака существенно отличаются от традиционных схем подготовки к обогащению
рудного сырья и, в частности, железорудного. Дробление шлака необходимо осуществлять в аппаратах, реализующих иные схемы нагружения с учетом особенностей морфологии шлаков. Процесс дезинтеграции шлака должен иметь отличающийся от традиционного режим нагружения. Ценный компонент в дробимом шлаке концентрируется в классах крупности, имеющих широкий диапазон размеров и прочности.
Среди технологических особенностей шлаков можно выделить три основных аспекта. Во-первых, свободные корольки металла в шлаке, поступающем на дробление, имеют широкий диапазон крупности от 1 до 40 мм. Это потребует более детальной проработки стадиальности схем обогащения, места расположения и очередности операций дробления, фракционирования и магнитной сепарации, на основании данных морфометриче-ского распределения магнитных включений.
Во-вторых, в материале присутствуют «зашлакованные» кусочки металла, которые не выделяются при магнитной сепарации, обладают повышенной прочностью и при традиционной схеме нагружения дроблки не разрушаются. При этом зашлакованные куски могут содержать от 20% до 40% железа. Наличие таких кусков приводит к поломкам и остановкам оборудования, куски удаляются в хвосты переработки, что ведет к потери ценного компонента.
В-третьих, подготовка материала к магнитной сепарации требует обеспечения определенного гранулометрического состава материала, при котором раскрытие зерен ценного компонента не сопровождается увеличением количества зерен шламовых крупностью менее 0,1 мм. Соблюдение данного условия играет особую роль при вовлечении техногенного сырья в повторную переработку. Основным аспектом является минимизация потерь ценного компонента с хвостами обогащения. С одной стороны, недостаточная степень дробления материала не позволяет вскрыть частицы металла в шлаке и снижает выход металлопродукта. Однако простое повышение прилагаемой нагрузки приводит к переизмельчению материала и снижению эффективности магнитной сепарации. В результате такой переработки не удается получить качественные концентраты и инертные хвосты для утилизации в качестве песков для строительных работ. Аппараты для дробления должны обеспечивать дифференциацию прилагаемой нагрузки в зависимости от морфологических характеристик шлака.
Учет особенностей свойств шлака и организации схем их дезинтеграции позволит увеличить выход готового продукта и получать высококачественные железосодержащие концентраты из отходов производства. В связи с вышеизложенным, выбор аппаратов для дробления, адаптация режимов их работы в конструкциях имеющихся дробилок к условиям переработки техногенных материалов является весьма актуальной научно-технической задачей.
Результаты исследований
Анализ отечественных и зарубежных технологических схем дробления отходов производства свидетельствует о широкой практике применения валковых дробилок различных конструкций [33 - 36]. Валковые дробилки успешно эксплуатируются в строительной отрасли для измельчения гранулированного шлака, строительного мусора и отходов, гипса, вторичного кирпича [37]. Простота и компактность конструкции, удобство ремонта и обслуживания, возможность регулирования режима работы, высокая однородность формы готового продукта, низкие удельные энергозатраты [36], а также широкий диапазон производительности и вариантов промышленного исполнения выпускаемых машин российских производителей (машиностроительные заводы «Тяжмаш», «Стромммашмна», «Тульские Машины», «МашПром-Эксперт», «Уралмашзавод», НПК «Механобр-Техника» и др.) предполагают возможность использование данных аппаратов для дробления металлургического шлака, в том числе в составе передвижных дробильно-сортировочных установок.
В зависимости от синхронности вращения валков и профиля стальных бандажей (гладная, зубчатая, рифленая), насаженных на чугунные валки, реализуются различные виды дробления. При гладкой поверхности валков дробление материала производится раздавливанием и частично истиранием (особенно при различных скоростях вращения валков), зубчатая и рифленая поверхности обеспечивают раскалывание, разламывание и раздавливание [38]. Однако валковые дробилки среднего и мелкого дробления (крупность питания дробилки 50 мм) предназначены для дезинтеграции материалов средней прочности и мягких пород с показателем прочности при сжатии осж до 150 МПа в зависимости от конструкции и типа исполнения [39].
Дробление в валковой дробилке осуществляется в пространстве между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу (рис. 1). Реже применяются конструкции, рабочая зона которых образуется одним вращающимся валком и неподвижным корпусом. В любой из описанных конструкций один из валков устанавливается в подпружиненные опоры с возможностью смещения вдоль прямой, соединяющей оси валков. Вращающиеся валки захватывают и дробят попавший между ними материал, раздавливая его и частично истирая. Силовое воздействие обеспечивается и ограничивается параметрами установленных пружин.
Однократность сжатия дробимого материала, позволяет избежать переизмельчения ценного компонента при дезинтеграции. В совокупности с возможностью регулирования гранулометрического состава дробленого материала за счет выбора щели между валками () определяет применимость валковых дробилок для подготовки металлургических шлаков к магнитной сепарации. Жесткость установленной пружины определяет си-
лу, необходимую для перемещения валка на 1 единицу (миллиметр) вдоль горизонтальной оси.
5 - натяжной винт I; 6 - гайка I
Предел прочности на сжатие кусков сталеплавильного шлака варьируется в широких пределах и составляет от 80 до 300 МПа [40]. Содержание в шлаке, поступающем на мелкое дробление, кусков повышенной прочности (предел прочности при сжатии более 150 МПа) крупностью более 20 мм достигает 10... 15 %. Такие куски не разрушаться в валковых дробилках стандартного исполнения. Исключается раскрытие металла от шлаковой «рубашки». С другой стороны, шлак содержит частицы хрупких фаз склонных к ошламованию. Простое увеличение силового воздействия может привести к повышению выхода тонких классов крупности, негативно влияющих на процессы последующего обогащения [16].
Эффективное применение валковой дробилки в переработке сталеплавильного шлака может быть обеспечено за счет изменения силового взаимодействия «валок - шлак». Целесообразно иметь два режима нагру-жения в зависимости от размера куска шлака.
При размере шлака до 15 мм следует осуществлять «щадящее» нагружение с созданием напряжения 100.120 МПа. Для кусков крупностью более 15-20 мм необходимо обеспечить напряжение более 250 МПа.
Два режима силового нагружения, соответственно зоны I и II (рис. 2, б) обеспечиваются за счет введения в каждый подвижный опорный узел дополнительной пружины, соединенной с основной пружиной параллельно (рис. 2, а). При этом основная пружина 3 устанавливается с уменьшенной жесткостью к1. Жесткость дополнительной пружины к2 выбирает-
ся с учетом того, что суммарная жесткость двух пружин обеспечивает создание напряжения 250 МПа и более.
Предварительно поджатая дополнительная пружина 6 устанавливается между неподвижной частью корпуса и винтом, соединенным с подвижной опорой валка. Гайка 5 обеспечивает начальную деформацию основной пружины 3 и создает начальное усилие Fнач.
Рис. 2. Схема установки дополнительной пружины (а) и адаптированная схема нагружения валковой дробилки (б): 1 - валок; 2 - подвижная опора; 3 - основная пружина;
4 - натяжной винт основной пружины; 5 - гайка основной пружины;
6 - дополнительная пружина; 7 - натяжной винт дополнительной пружины; 8 - гайка дополнительной пружины; I - зона действия основной пружины; II - зона совместного действия пружин
При достижении рабочего хода Ь (15 - 20 мм) создается усилие на материал FI. Попадание в рабочую зону более крупных кусков сопровождается скачкообразным увеличением усилия до FII нач. При рабочем ходе обеспечивается достижение усилия FII.
Снижение жесткости основной пружины ^ позволит не переизмельчать хрупкие компоненты шлака и снизить количество мелочи в материале, поступающем на магнитную сепарацию. Установка параллельно дополнительной пружины, с (жесткостью ^Х которая начинает работать при попадании куска повышенной прочности - до 250 МПа, и крупности более 15 - 20 мм, позволит компенсировать снижение жесткости основной пружины и обеспечит дробление прочных кусков.
Для обеспечения разрушения разнопрочностных кусков необходима установка основной пружины, обеспечивающей создание напряжения в 100...120 МПа, и дополнительной, увеличивающей суммарное напряжение до 250 МПа. Конкретные параметры пружин определяются диаметром и длиной валка. Дополнительная пружина должна находиться в предвари-
II
►
а
б
тельно сжатом состоянии для экспоненциального повышения силового нагружения при попадании куска прочного материала.
Описанная адаптация схемы нагружения валковой дробилки к особенностям переработки металлургических шлаков позволит повысить стабильность работы данного оборудования и увеличит раскрытие ценного компонента при подготовке материала к магнитной сепарации.
Проведена оценка параметров гранулометрического состава конверторного шлака дробленого в валкой дробилке. Шлак, поступающий на магнитную сепарацию, должен быть достаточно однородным, то есть иметь узкий гранулометрический состав. При выполнении такого условия в материале будут находиться частицы одного размера с контрастными магнитными свойствами. При этом содержание частиц пылевого размера, снижающих эффективность сухой магнитной сепарации, должно быть минимальным.
В качестве объекта исследования и для проведения испытаний была отобрана проба немагнитного продукта переработки текущего конверторного шлака ПАО «ММК» фракции 1-6 мм. Испытания проводились на лабораторной валковой дробилке при щели от 0,5 до 5 мм. Ранее авторами было установлено, что крупность металлических включений в данном материале составляет 0,2 - 1,2 мм [41], следовательно, в дробленом шлаке необходимо увеличить содержание зерен именно такого диапазона крупности - менее 1,2 мм.
В качестве критерия оценки использованы параметры зернового состава дробленого шлака аппроксимированного уравнением Розина - Рамм-лера [42] - однородность зернового состава (п) и средняя крупность дробленого шлака (Хе):
Я=100exp
г \ Х
V Хв
(1)
где Я - суммарный выход класса, крупнее х, %; х - диаметр частиц, мм; Хе - размер, крупнее которого оказывается более 36,8 % материала; п - показатель степени, характеризующий рассеяние частиц по размерам (однородность зернового состава).
Показатель однородности зернового состава дробленого шлака характеризует долю одноразмерных частиц шлака и металла, обладающих контрастными магнитными свойствами, разделение которых будет осуществляться с большей долей вероятности. Данный показатель определя-
ется как коэффициент при «х» в уравнении гранулометрического состава дробленого шлака в координатах Средний размер зерен
дробленого шлака должен приближаться к крупности зерен металла в шлаке, что будет характеризовать раскрываемость шлака при дезинтеграции и наличие свободных зерен металла, которые могут быть выделены при по-
следующей магнитной сепарации.
Гранулометрический состав дробленого в валковой дробилке шлака в координатах ^-^^(100/Я) представлен на рис. 3.
Рис. 3. Зерновой состав дробленого на валковой дробилке шлака при щели от 0,5 до 5 мм в логарифмических координатах
Результаты определения параметров п и хе зернового распределения при разных щелях валковой дробилки приведены в таблице.
Параметры зернового состава дробленого шлака
Щель дробилки, Параметры зернового состава по уравнению Розина - Раммлера
мм Однородность зернового Средний размер
состава п частиц хе, мм
5 2,3 1,70
4 1,8 1,55
3 1,5 1,35
2 1,4 0,70
1 1,2 0,50
0,5 1,0 0,38
Анализ параметров гранулометрического состава показывает, что раскрытие зерен металла в шлаке происходит при щели валковой дробилки менее 3 мм. Однородность зернового состава дробленого шлака составит 1,5, что является достаточным для проведения магнитной сепарации.
Перед дроблением шлака в валковой дробилке магнитной сепарацией на сепараторе ПБСЦ с магнитной системой на постоянных магнитах
при индукции 0,35 Тл было выделено 18,7 % металлических включений. В результате магнитного анализа дробленого шлака при щели дробилке 3 мм и менее выход магнитной фракции составлял 5.7 %. Таким образом, при сухой магнитной сепарации дробленого в валковой дробилке шлака однородного зернового состава может быть доизвлечено еще порядка 5.7 % металловключений, что повысит выход оборотного продукта шлакопере-работки.
Заключение
Переработка сталеплавильных шлаков с получением оборотного продукта для металлургии и широкой номенклатуры продукции строительного назначения является одним из наиболее перспективных направлений в области переработки отходов производства. Резервы совершенствования технологических схем переработки шлаков с целью повышения экономических показателей переработки и снижения образования вторичных отходов, по мнению авторов, заложены в совершенствовании процессов дезинтеграции сложноструктурного техногенного сырья.
Определение технологических аспектов переработки шлака позволило определить направления совершенствования конструкции валковой дробилки. Установлен механизм адаптированной схемы нагружения валковой дробилки с параллельно установленной дополнительной пружиной, обеспечивающей дополнительную нагрузку до 250 МПа. Предложенное авторами решение позволяет увеличить стабильность работы оборудования и повысить раскрываемость металловключений в шлаке.
На основании проведенных исследований дробления узких фракций шлака в валковой дробилке при различной щели между валками и аппроксимации зернового состава дробленых продуктов с помощью классического уравнения Розина - Раммлера установлено, что раскрытие зерен металла крупностью 0,2 - 1,2 мм в шлаке фракции 1-6 мм происходит при щели 3 мм, что позволит исключить переизмельчение шлака перед магнитной сепарацией. Применение данной методики анализа зернового состава продукта валковой дробилки позволяет прогнозировать трансформацию зернового состава шлака и определять размер отверстий сетки грохота, по которому необходимо организовать цикл дробления перед магнитной сепарацией шлаков.
Список литературы
1. Хардин И.С., Колодежная Е.В., Горлова О.Е. Компакты на основе продуктов переработки техногенного сырья и золы мусоросжигательных установок // Научный потенциал молодежи и технический прогресс: сб. науч. тр. VII Всеросс. науч.-практ. конф. Санкт-Петербург: НИЦ МС, 2024. С. 55-57.
2. Чантурия В.А., Шадрунова И.В., Горлова О.Е. Инновационные процессы глубокой и экологически безопасной переработки техногенного сырья в условиях новых экономических вызовов // Устойчивое развитие горных территорий. 2021. Т.13. №2(48). С. 224-237.
3. Развитие технологических инноваций глубокой и комплексной переработки техногенного сырья в условиях новых экономических вызовов / В. А. Чантурия, И. В. Шадрунова, О. Е. Горлова, Е. В. Колодежная // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 1. С. 159-171.
4. ESG-трансформации в сфере переработки техногенного минерального сырья / И. В. Шадрунова [и др.] // Горная промышленность. 2023. № 1. С. 71-78.
5. Паспорт отраслевой программы "Применение вторичных ресурсов и вторичного сырья из отходов в промышленном производстве" (утв. Правительством РФ 17 ноября 2022 г. № 13493п-П11) [Электронный ресурс]. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/405781899/.
6. Паспорт отраслевой программы "Применение вторичных ресурсов, вторичного сырья из отходов в сфере строительства и жилищно-коммунального хозяйства на 2022 - 2030 годы" в части вовлечения отходов, образующихся при строительстве объектов капитального строительства, транспортной инфраструктуры и сетей инженерно-технического обеспечения их реконструкции, капитального ремонта, сноса, а также отходов, образующихся при функционировании объектов жилищно-коммунального хозяйства, и отходов иных отраслей в экономический оборот на период до 2030 года (утв. Правительством РФ 10 октября 2022 г. N 11795п-П11) [Электронный ресурс]. URL: https://www.base.garant.ru /405881931/.
7. О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2022 году. Государственный доклад. М.: Минприроды России; МГУ имени М.В. Ломоносова, 2023. 686 с.
8. Отчет об устойчивом развитии ММК за 2022 год. [Электронный ресурс]. URL:https://mmk.ru/upload/iblock/8b7/ knyfí299u262ury1b6a0rio6cu8gmw47/MMK Sustainability Report 2022 RUS .pdf.
9. ПАО «Северсталь»: Отчет об устойчивом развитии в 2022 году [Электронный ресурс]. URL:https://severstal.com/upload/iblock/ce6 /435fiodtc2supz33n6m8x7oanxs98w37 /Severstal Sustainability Report 2022. pdf.
10. Группа НЛМК: Отчет об устойчивом развитии 2022 [Электронный ресурс]. URL: https://nlmk.com/upload/iblock/345/ n 1hxibno650g8r1lf95l4t27gjtlw8g6/NLMK OUR 2022.pdf.
11. Филоненко А. В. Анализ современных технологий переработки шлаков доменного производства // Экология и промышленность. 2018. № 3-4(56-57). С. 91-104.
12. Современные технологии переработки техногенного сырья: монография / под общ. ред. К.В. Булатова, Г.И. Газалеевой. Екатеринбург: АО"ИПП "Уральский Рабочий", 2019. 200 с.
13. Secondary Recycling of Smelter Slags / B.L. Demin, Yu.V. So-rokin, L.A. Smirnov, Ye.N. Shcherbakov // IV Congress «Fundamental Research and Applied Developing of Recycling and Utilization Processes of Tech-nogenic Formations». Yekaterinburg: Knowledge Е Engaging minds, 2020. P. 593-600. DOI 10.18502/kms.v6i1.8149.
14. Separation of the magnetic fraction from the slags originated during steel production / K. Foniok, V. Matejka, P. Maierova, J. Vlcek // Proceedings 30th Anniversary International Conference on Metallurgy and Materials Brno, Czech Republic, EU, May 26-28, 2021. P. 153-158.
15. Measurement of metallic iron in steel making slags / D. S. Kumar, R. Sah, S. Sanyal, G. Prasad // Measurement. January 2019. Vol. 131. P. 156161.
16. Шадрунова И.В., Горлова О.Е., Колодежная Е.В. Технология получения высококачественных концентратов из отвальных металлургических шлаков // Обогащение руд. 2019. № 4. С. 54-60.
17. Современные технологии и оборудование по переработке и использованию техногенных отходов металлургического производства / Л. А. Смирнов, Ю.В. Сорокин, Б.Л. Демин, Л.А. Зайнуллин // Сб. науч. тр. конгресса c международным участием и конференции молодых ученых «Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований», V Форума «Уральский рынок лома, промышленных и коммунальных отходов». Екатеринбург: УрО РАН, 2017. С. 29-33.
18. Корчевский А.Н., Пластовец А.В. Оценка эффективности технологической схемы селективной переработки металлургических шлаков // Евразийский союз ученых. 2016. № 5-2(26). С. 42-47.
19. Разработка технологии комплексной переработки шлаков Зла-тоустовского металлургического завода / О.П. Шавакулева, Н. А. Седин-кина, Н. В. Гмызина, Л. В. Косарев // Устойчивое развитие горных территорий. 2022. Т. 14, №1. С. 87-95.
20. Гамей А.И., Наумкин В.В., Сухинова Н.В. Схемы переработки металлургических шлаков // Сталь. 2007. № 2. С. 144-145.
21. Глубокая переработка сталеплавильных шлаков / В.Б. Чижевский, О.П. Шавакулева, Е.Ю. Дегодя, Н.А. Мудрых // Сталь. 2014. № 4. С.124-126.
22. An overview of utilization of steel slag / Huang Yi [and others] // Procedia Environmental Sciences. 2012. Vol. 16. P. 791-801. DOI: 10.1016/j.proenv.2012.10.108.
23. Piatak N.M., Parsons M.B., Seal II R.R. Characteristics and environmental aspects of slag: A review // Applied Geochemistry. 2015. Vol. 57. P. 236-266.
24. Shen H., Forssberg E. An overview of recovery of metals from slag // Waste Management. 2003. V. 23. P. 933-949. http://doi.org/10.1016/s0956-053x(02)00164-2.
25. An Overview of Precious Metal Recovery from Steel Industry Slag: Recovery Strategy and Utilization / Niladri Shekhar Samanta, Pranjal P. Das, Simons Dhara, Mihir K. Purkait // Ind. Eng. Chem. Res. 2023, 62, 23, 90069031.
26. Evaluation of possibility of converter slag utilization in the conditions of «ArcelorMittal Temirtau» JSC / G.I. Sultamurat, B.M. Boranbaeva, L.A. Maksyutin, N. A. Aktaeva // Chernye Metally. 2015. №11. P.26-31.
27. Reuter M., Xiao Y., Boin U. Recycling and environmental issues of metallurgical slags and salt fluxes // VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts. The South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. P. 349-356.
28. Tamlyn Sasha Naidu, Craig Michael Sheridan, Lizelle Doreen van Dyk Basic oxygen furnace slag: Review of current and potential uses // Minerals Engineering. Volume 149, 1 April 2020, 106234.
29. Slag disintegration selectivity / I.V. Shadrunova, E.G. Ozhogina, E.V. Kolodezhnaya, O.E. Gorlova // Journal of Mining Science. 2013. Т. 49. №5. С. 831-838.
30. Обоснование интегративного критерия для прогноза возможности селективной дезинтеграции техногенного сложноструктурного сырья / О.Е. Горлова [и др.] // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023. Т. 21. № 3. С. 15-26.
31. Закономерности центробежно-ударного дробления металлургического шлака при подготовке к обогащению / Е.В. Колодежная [и др.] // Сб. науч. тр. Современные проблемы комплексной и глубокой переработки природного и нетрадиционного минерального сырья (Плаксинские чтения - 2023): междунар. конф. Москва: «Спутник +», 2023. С. 490-493.
32. Изучение влияния структурно-технологических параметров металлургических шлаков на процессы их ударного разрушения / Е.В. Ко-лодежная [и др.] // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: сб. науч. тр. XXVIII Междунар. науч.-техн. конф., проводимой в рамках XXI Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург: ООО «Типография ФортДиалог», 2023. С. 220-225.
33. Сынюк О.Н., Кулик Т.И. Расчет основных параметров устройства для переработки полимерных отходов // Вестник Витебского государственного технологического университета. 2017. №2 (33). С. 68-77.
34. Новый справочник химика и технолога: Процессы и аппараты химических технологий: в 2 ч. Ч. 1 / Г.М. Островский [и др.]; ред. Г.М. Островский. СПб.: Профессионал, 2004. 848 с.
35. Степаненко А.И. Опыт применения шнекозубчатых дробилок в процессах рудоподготовки // Обогащение руд. 2015. № 1. С. 10-13.
36. Мележик Р.С., Власенко Д.А. Исследование динамики валковой дробилки в процессе дробления материала // Сб. науч. тр. Донбасского государственного технического института. 2020. № 21(64). С. 94-100.
37. Рациональные запатентованные технологии переработки и утилизации твердых промышленных отходов. Обзор. Часть 3 / С.И. Иван-ков, Л.Я. Шубов, А.В. Троицкий, А.И. Каплин // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2022. № 9. С. 3-116.
38. Богданов В.С., Яворская И.С. Классификация валковых дробилок // Сб. науч. тр. Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов / под ред. В.С. Богданова. Вып. XIV. Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2015. С. 152-154.
39. Газалеева Г.И., Цыпин Е.Ф., Червяков С.А. Рудоподготовка. Дробление, грохочение, обогащение. Екатеринбург: Уральский центр академического обслуживания, 2014. 915 с.
40. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в промышленности / В.С. Горшков, С.Е. Александров, С.И. Ива-щенко, И.В. Горшков; под ред. В.С. Горшкова. М.: Стройиздат, 1985. 272 с.
41. Расчет характеристики гранулометрического состава продуктов дробления металлургического шлака с учетом различной дробимости фракций крупности / М.С. Гаркави [и др.] // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2023. № 6. С. 79-90.
42. Шишкин А.С. Аппроксимация гранулометрического состава финитными распределениями // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2009. №4. С. 78 - 81.
Шадрунова Ирина Владимировна, д-р техн. наук, профессор, зав. отделом, [email protected], Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика В.Н. Мельникова РАН,
Кутлубаев Ильдар Мухаметович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова,
Горлова Ольга Евгеньевна, д-р техн. наук, вед. науч. сотр., [email protected], Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика В.Н. Мельникова РАН,
Колодежная Екатерина Владимировна, канд. техн. наук, вед. науч. сотр. kev@uralomega. ru Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика В.Н. Мельникова РАН
OPTIMIZATION OF THE PARAMETERS OF THE ROLLER CRUSHER FOR PROCESSING
MAN-MADE RA W MATERIALS
I. V. Shadrunova, I. M. Kutlubaev, O.E. Gorlova, E.V. Kolodezhnaya
The advantages of using roller crushers in technological schemes of metallurgical slag processing are considered. The factors determining the efficiency of slag disintegration in crushing processes are given and the requirements for technological devices from the point of view of operational reliability are formulated. A diagram of the force interaction of a piece of slag in the crushing chamber of a roller mill is presented. The mechanism of destruction of slag pieces of increased size and strength due to an increase in crushing force when installing an additional load is substantiated. The analysis of the granulometric composition of metallurgical slag crushed on a roller crusher is presented.
Key words: disintegration of technogenic raw materials, hard-to-break pieces, metallurgical slags, preparation of the material for magnetic separation.
Shadrunova Irina Vladimirovna, doctor of technical sciences, professor, head of department, shadrunova@,mail.ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences,
Kutlubaev Ildar Mukhametovich, doctor of technical sciences, professor, ptmr74@ mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,
Gorlova Olga Evgenievna, doctor of technical sciences, leading researcher of the department, [email protected], Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences,
Kolodezhnaya Ekaterina Vladimirovna, сandidate of technical sciences, leading researcher of the department, [email protected], Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences
Reference
1. Hardin I.S., Kolodezhnaya E.V., Gorlova O.E. Compacts based on products of processing of technogenic raw materials and ashes of incineration plants // Collection of scientific tr. Scientific potential of youth and technological progress: VII All-Russian scientific and practical conference. St. Petersburg: SIC MS, 2024. pp. 55-57.
2. Chanturia V.A., Shadrunova I.V., Gorlova O.E. Innovative processes of deep and environmentally safe processing of technogenic raw materials in conditions of new economic challenges // Sustainable development of mountainous territories. 2021. Vol.13. No.2(48). pp. 224-237.
3. Development of technological innovations in deep and complex processing of technogenic raw materials in the conditions of new economic challenges / V. A. Chanturia, I. V. Shadrunova, O. E. Gorlova, E. V. Kolo-dezhnaya // Proceedings of Tula State University. Earth Sciences. 2020. Issue 1. pp. 159-171.
4. ESG transformations in the field of processing of technogenic mineral raw materials / I. V. Shadrunova [et al.] // Mining industry. 2023. No. 1. pp. 71-78.
5. Passport of the industry program "Application of secondary resources and secondary raw materials from waste in industrial production" (approved By the Government of the Russian Federation on November 17, 2022 No. 13493p-P11). https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/405781899/.
6. Passport of the sectoral program "Application of secondary resources, secondary raw materials from waste in the field of construction and housing and communal services for 2022-2030" in terms of involving waste generated during the construction of capital construction facilities, transport infrastructure and engineering support networks for their reconstruction, overhaul, demolition, as well as waste generated during the operation of housing and communal services facilities, and waste from other industries into economic circulation for the period up to 2030 (approved By the Government of the Russian Federation on October 10, 2022 N 11795p-P11). https://www.base.garant.ru/405881931 /.
7. On the state and environmental protection of the Russian Federation in 2022. State report. Moscow: Ministry of Natural Resources of Russia; Lomonosov Moscow State University, 2023.686 p.
8. MMK's Sustainability Report for 2022. https://mmk.ru/upload/iblock/ 8b7/knyfi299u262ury1b6a0rio6cu8gmw47/MMK_Sustainability_Report_2022_RUS.pdf.
9. PJSC Severstal: Report on Sustainable Development in 2022 URL: https://severstal.com/upload/iblock/ce6/435fiodtc2supz33n6m8x7oanxs98w37 /Severstal_ Sustainability_Report_2022.pdf.
10. NLMK Group: Sustainability Report 2022. https://nlmk.com/upload/iblock/34 5/n1hxibno650g8r1lf95l4t27gjtlw8g6/NLMK_0UR_2022.pdf .
11. Filonenko A.V. Analysis of modern technologies for processing blast furnace slag // Ecology and industry. 2018. No. 3-4(56-57). pp. 91-104.
12. Modern technologies for processing technogenic raw materials: monograph / under the general editorship of K.V. Bulatov, G.I. Gazaleeva. Ekaterina-burg: JSC"IPP "Ural Worker", 2019. 200 p.
13. Secondary Recycling of Smelter Slags / B.L. Demin, Yu.V. So-rokin, L.A. Smirnov, Ye.N. Shcherbakov // IV Congress «Fundamental Re-search and Applied Developing of Recycling and Utilization Processes of Technogenic Formations». Yekaterinburg: Knowledge and Engaging minds, 2020. P. 593-600. DOI 10.18502/kms.v6i1.8149.
14. Separation of the magnetic fraction from the slags originated during steel production / K. Foniok, V. Matejka, P. Maierova, J. Vlcek // Proceedings 30th Anniversary International Conference on Metallurgy and Materials Brno, Czech Republic, EU, May 26-28, 2021. P. 153-158.
15. Measurement of metallic iron in steel making slags / D. S. Ku-mar, R. Sah, S. Sanyal, G. Prasad // Measurement. Volume 131, January 2019, P. 156-161.
16. Shadrunova I.V., Gorlova O.E., Kolodezhnaya E.V. Technology for obtaining high-quality concentrates from dump metallurgical slags // Ore enrichment. 2019. No. 4. pp. 54-60.
17. Modern technologies and equipment for the processing and use of man-made waste from metallurgical production / L. A. Smirnov, Yu.V. Sorokin, B.L. Demin, L.A. Zai-nullin // Collection of scientific tr. Congress with international participation and Conference of young scientists "Fundamental research and applied developments of processing and utilization processes technogenic formations", V Forum "Ural market of scrap, industrial and municipal waste". Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2017. pp. 29-33.
18. Korchevsky A.N., Plastovets A.V. Evaluation of the effectiveness of the technological scheme of selective processing of metallurgical slags // Eurasian Union of Scientists. 2016. No. 5-2(26). pp. 42-47.
19. Development of technology for complex processing of slags of the Zlatoust Metallurgical Plant / O.P. Shavakuleva, N. A. Sedinkina, N. V. Gmyzina, L. V. Kosarev // Sustainable development of mountain territories. 2022. Vol. 14, No. 1. pp. 87-95.
20. Gamey A.I., Naumkin V.V., Sukhinova N.V. Schemes of processing metallurgical slags // Steel. 2007. No. 2. pp. 144-145.
21. Deep processing of steelmaking slags / V.B. Chizhevsky, O.P. Shavakuleva, E.Y. Degodya, N.A. Mudrykh // Steel. 2014. No. 4. pp.124-126.
22. An overview of utilization of steel slag / Huang Yi [and others] // Procedural Environmental Sciences. 2012. Vol. 16. P. 791-801. DOI: 10.1016/j.proenv.2012.10.108.
23. Piatak N.M., Parsons M.B., Seal II R.R. Characteristics and en-vironmental aspects of slag: A review // Applied Geochemistry. 2015. Vol. 57. P. 236-266.
24. Shen H., Forssberg E. An overview of recovery of metals from slag // Waste Management. 2003. V. 23. P. 933-949. http://doi.org/10.1016/s0956-053x(02)00164-2.
25. An Overview of Precious Metal Recovery from Steel Industry Slag: Recovery Strategy and Utilization / Niladri Shekhar Samanta, Pranjal P. Das, Simons Dhara, Mihir K. Purkait // Ind. Eng. Chem. Res. 2023, 62, 23, 9006-9031.
26. Evaluation of possibility of converter slag utilization in the con-ditions of «ArcelorMittal Temirtau» JSC / G.I. Sultamurat, B.M. Boranbae-va, L.A. Maksyutin, N. A. Aktaeva // Chernye Metally. 2015. №11. P.26-31.
27. Reuter M., Xiao Y., Boin U. Recycling and environmental issues of metallurgical slags and salt fluxes // VII International Conference on Mol-ten Slags Fluxes and Salts. The South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. P. 349-356.
28. Tamlyn Sasha Naidu, Craig Michael Sheridan, Lizelle Doreen van Dyk Basic oxygen furnace slag: Review of current and potential uses // Minerals Engineering. Volume 149, 1 April 2020, 106234.
29. Slag disintegration selectivity / I.V. Shadrunova, E.G. Ozhogina, E.V. Kolodezhnaya, O.E. Gorlova // Journal of Mining Science. 2013. Vol. 49. No.5. pp. 831-838.
30. Substantiation of the integrative criterion for predicting the possibility of selective disintegration of technogenic complex-structured raw materials / O.E. Gorlova [et al.] // Bulletin of the Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 2023. Vol. 21. No. 3. pp. 15-26.
31. Regularities of centrifugal impact crushing of metallurgical slag in preparation for enrichment / E.V. Kolodezhnaya [et al.] // Collection of scientific tr. Modern problems of complex and deep processing of natural and non-traditional mineral raw materials (Plaksin readings - 2023): international conference. Moscow: Sputnik +, 2023. pp. 490-493.
32. Studying the influence of structural and technological parameters of metallurgical slags on the processes of their impact destruction / E.V. Kolodezhnaya [et al.] // Collection of scientific tr. Scientific foundations and practice of processing ores and technogenic raw materials: XVIII international Scientific and Technical the conference, held within the framework of the XXI Ural Mining Decade. Yekaterinburg: OOO "FortDialog Printing House", 2023. pp. 220-225.
33. Synyuk O.N., Kulik T.I. Calculation of the main parameters of a device for processing polymer waste // Bulletin of the Vitebsk State Technological University. 2017. No.2 (33). pp. 68-77.
34. The new handbook of a chemist and technologist: Processes and applications of chemical technologies: at 2 p.m. 1 / G.M. Ostrovsky [et al.]; edited by G.M. Ostrovsky. St. Petersburg: Professional, 2004. 848 p.
35. Stepanenko A.I. The experience of using screw-toothed crushers in ore preparation processes // Ore enrichment. 2015. No. 1. pp. 10-13.
36. Melezhik R.S., Vlasenko D.A. Investigation of the dynamics of a roller crusher in the process of crushing material // Collection of scientific tr. of the Donbass State Technical Institute. 2020. No. 21(64). pp. 94-100.
37. Rational patented technologies for the processing and disposal of solid industrial waste. Review. Part 3 / S.I. Ivankov, L.Ya. Shubov, A.V. Troitskiy, A.I. Kaplin // Problems of the environment and natural resources. 2022. No. 9. pp. 3-116.
38. Bogdanov V.S., Yavorskaya I.S. Classification of roll rolls // Collection of scientific tr. Energy-saving technological complexes and equipment for the production of building materials / edited by V.S. Bogdanov. Issue XIV. Belgorod: Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, 2015. pp. 152-154.
39. Gazaleeva G.I., Tsypin E.F., Chervyakov S.A. Ore preparation. Crushing, screening, and enrichment. Yekaterinburg: Ural Academic Service Center, 2014. 915 p.
40. Complex processing and use of metallurgical slags in industry / V.S. Gorshkov, S.E. Alexandrov, S.I. Ivashchenko, I.V. Gorshkov; edited by V.S. Gorshkov. M.: Stroyizdat, 1985. 272 p.
41. Calculation of the characteristics of the granulometric composition of metallurgical slag crushing products, taking into account the different sizes of fractions of size / M.S. Garkavi [et al.] // Izvestia of higher educational institutions. Mining magazine. 2023. No. 6. pp. 79-90.
42. Shishkin A.S. Approximation of granulometric composition by finite distributions // Bulletin of the Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov. 2009. No.4. pp. 78-81.
