CC BY
45
УДК 504.75 : 622
А. Г. ШИШАЦЬКИЙ, Ю. В. П1ЦИК (ДНУ iм. О. Гончара, Днiпропетровськ)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ МЕТОД1В ЗМЕНШЕННЯ НАДХОДЖЕННЯ ПИЛУ В АТМОСФЕРНЕ ПОВ1ТРЯ ПРИ СП1КАНН1 СИПУЧИХ МАТЕР1АЛ1В
У данш робот проведений анал1з процес1в грудкування аглошихти та мехашзму злипання сипучих мате-р1ал1в. Був розроблений лабораторний стенд для визначення сили адгези на розрив сипучого матер1алу та проведене дослщження запиленосп аглогаз1в, як1 викидались в атмосферне повиря при сшканш аглошихти. Було виявлено зменшення концентраци пилу в результат! обробки аглошихти розчинами ПАР 1 встановлеш 1х оптимальш витрати.
Ключовi слова: аглошихта, поверхнево-активш речовини, адгез1я, запилешсть
Одним ¡з потужних джерел забруднення атмосферного пов1тря пилом в шдустр1альних регюнах Укра1ни е виробництво агломерату на металургшних шдприемствах [1]. Виконаш чи-слеш дослщження, в тому числ1 1 авторами ц1е1 роботи, показали, що надходження пилу в агло-гази вщбуваеться в основному, в процес сш-кання аглошихти на стр1чках аглофабрик [2, 3,
4].
Дослщження динамши надходження пилу в аглогази впродовж стр1чки сткання показуе, що штенсившсть виносу пилу ¡з аглошихти в значнш м1р1 залежить вщ ступеню 11 грудкування в барабанах-грудковачах [5]. Наявшсть неогрудкованих др1бних фракцш аглошихти викликае штенсивний 1х винос 1з шару аглошихти на початку аглостр1чки та попршення про-цес1в сткання в 11 кшщ, що супроводжуеться збшьшенням аеродинам1чного опору шару агломерату та шдвищеним виносом пилу. Змен-шити надходження пилу в аглогази та покра-щити технолопчш показники агломерацшних процес1в можливо на основ1 шдвищення якосп грудкування аглошихти перед 11 стканням.
Анал1з процес1в грудкування аглошихти показуе, що в його основ1 знаходяться мехашзми агрегаци окремих частинок шихти, за якими в техшщ оцшки стану сипучих матер1ал1в закр1-пився термш «злипання» [6]. Мехашзм злипання сипучих матер1ал1в досить складний. На стутнь злипання, в першу чергу, впливае воло-псть сипучих матер1ал1в. Вкрит пл1вкою води окрем1 частки сипучого матер1алу в бшьшш м1р1 утворюють агрегати, злипаються, чим не-достатньо волоп. Абсолютно сух1 сипуч1 мате-р1али взагал1 не агрегуються. З метою штенси-ф1каци процес1в грудкування аглошихти 11 во-лопсть за допомогою зрошення доводять при-близно до 8...10 %.
Як показала практика грудкування обробле-но1 водою аглошихти в «барабанах-грудкува-чах», значна доля др1бних фракцш матер1алу шихти не приймае учасп в грудкуванш, надхо-дить на стр1чку сткання агломашин, звщки в вигляд1 пилу поступае в аглогази. Це обумов-лено як недостатньою р1вном1ршстю зволо-ження матер1алу аглошихти водою, так { недо-лшами, як знаходяться в самому мехашзм1 ф1-зико-х1м1чних процес1в, що протшають при за-стосуванш води для зволоження сипучих матер1ал1в та 1х грудкування.
В основ1 злипання зволожених сипучих ма-тер1ал1в знаходяться процеси адгези. Пщвищи-ти яюсть злипання (в нашому випадку грудкування) сипучих матер1ал1в можна шляхом зменшення роботи адгези. Для зменшення роботи адгези при обробщ сипучих матер1ал1в рщиною нами запропоновано застосовувати водш роз-чини поверхнево-активних речовин (ПАР). За-стосування ПАР для зменшення роботи адгези в процесах грудкування аглошихти засновано на наступних 1х ф1зико-х1м1чних властивостях: зниження поверхневого натягу 1х розчишв на меж розподшу фаз та зменшення крайового куту змочення твердих поверхонь цими розчи-нами.
Робота адгези тим бшьша, чим е бшьшим поверхневий натяг вихщних компонент1в. З ш-шого боку, робота адгези залежить вщ крайового кута змочування вщповщного твердого тша рщиною. В цшому робота адгези записуеться р1внянням [7]:
Жа =Ср.г • (1 + cos 9),
(1)
де срг - поверхневий натяг рщини на меж1 р1-
дина-газ, Дж/м ,
9 - крайовий кут змочування рщиною по-верхш твердого тша, град.
© А. Г. Шишацький, Ю. В. Пщик, 2012
Теоретично визначити роботу адгези шдчас досить складно. Це, по-перше, викликано наяв-нiстю шорсткостi поверхневого шару твердо1' фази та ïï полiдисперснiстю, по-друге, дисперсна тверда фаза шдчас складаеться i3 рiзноманi-тних матерiалiв, для кожного iз яких крайовий кут змочування буде рiзним. На наш погляд, роботу адгези i адгезшну мiцнiсть можливо визначити при безпосередньому розривi (руйну-ванш) вiдповiдного з'еднання. На можливiсть визначення роботи адгези непрямими методами вказуеться в рядi наукових робiт [6, 8].
З метою визначення роботи адгези нами розроблений лабораторний стенд, на якому робота адгези ощнювалась на основi визначення роботи, яка витрачалась на розрив злшленого сипучого матерiалу. При розробцi лабораторного стенду нами використаш iдеï, яю покладенi в основу при створенш приладу G.I. Андрiанова [9], в якому зусилля розриву злшленого пилу фшсувалось за допомогою ступеню розтягу-вання калiброваноï пружини. Цей метод мае декшька недолiкiв. По-перше, визначення модуля пружност при калiбровцi пружин в широкому дiапазонi зусиль ïx розтягування викликае деяю складностi. По-друге, прилад на основi використання пружин мае недостатню точнють, для чого авторами розробки пропонуеться ви-користання декiлькоx калiброваниx пружин з рiзними модулями пружностi. Для визначення зусиль розриву злшленого матерiалу нами за-пропоновано використання електронних ваг з точшстю вимiрiв 0,1 г. Схема лабораторного стенду наведена на рис. 1.
мм, а висота 30 мм. Нерухомий стакан мав дно, рухомий стакан являв собою цилiндр. Нерухомий i рухомий стакани складались в одно цше так, що вю !х сшвпадали, з щею метою на не-рухомому стаканi знаходились центрувальнi виступи. Контакт матерiалу стаканiв був мшь мальний, для чого на рухомому стакаш в мiстi контакту iззовнi цилiндру була знята фаска.
В складеш стакани засипався оброблений вщповщною рiдиною сипучий матерiал. Зверху на матерiал розмiщався вантаж, який створював стиснення iз зусиллям 75 г/см2. Матерiал пiд вантажем витримувався протягом 5 хв., пiсля чого вантаж видалявся.
Стакани iз стиснутим матерiалом розмiщу-валися на електронш ваги 3, якi дозволяли визначити вагу розмщених на них предметов з точнiстю до 0,1 г. За допомогою канату 4 через шюви 6 i 7 здшснювалось повiльне шдшмання верхнього стакану до моменту розриву нижньо-го i верхнього стаканiв. За допомогою електро-нних ваг визначалася сила (Н), затрачена на розривання сипучого матерiалу:
F = (m -m0)q:
(2)
де mp - показання електронних ваг в момент
розриву матерiалу, г;
m0 - вага верхнього стакану Í3 «вiдiрваним» матерiалом, г.
Визначалась сила роботи адгези: F
Fa =■
S
(3)
Рис. 1. Лабораторний стенд для визначення роботи адгезп: 1 - нерухомий стакан, 2 - рухомий стакан, 3 -електронш ваги, 4 - канат, 5 - демф1руюча пружина, 6 -центруючий шюв, 7 - шюв намотування канату, 8, 9 -стшки, А-А - лшя контакту стакашв.
Принцип визначення роботи адгези на лабораторному стецщ наступний. Основна частина стенду - це нерухомий стакан 1 i рухомий стакан 2. Внутршнш дiаметр кожного становив 25
де S - площа розриву сипучого матерiалу по поперечному перетину «А-А», м2.
Слщ вщзначити, що для зручност вимiрiв нами пiсля встановлення стаканiв на електроннi ваги !х показання «обнулялися» i фiксацiя зна-чень mp i m0 здшснювалась по показникам «втрати» ваги матерiалу пiд час його шдшман-ня. Швидкiсть пiдiймання верхнього стакану за допомого канату складала 1 мм/с. Для змен-шення впливу можливих динамiчних значень швидкостi на канат 4 встановлювалась демфь руюча пружина 5.
Маса сипучого матерiалу в стакаш станови-ла 25 г. Висота шару сипучого матерiалу в вер-хньому стаканi пiсля стиснення становила 10 мм.
В^^р проб аглошихти для дослiдження здiйснювався безпосередньо зi штабелю рудного двору аглоцеху ВАТ «АрселорМптал Кри-вий Pio>. Розрахунковий склад штабелю, зпдно
даним аглодоменно1 лаборатори даного пщпри-емства, наведений в табл. 1.
Таблиця 1 Розрахунковий склад штабелю аглошихти
№ Вид сиро- Волопсть компонентш сировини, % Витрати комп. аглошихти, кг/т
пор. вини
1 аглоруда 4,7 114,14
2 концентрат 8,93 351,93
3 шлам 17,8 85,32
4 ввдс1в 4,96 226,55
5 пил ко-лошн. 11,3 26,15
6 окалина 2,5 56,02
7 ОТС 15,0 14,20
8 Мп-шлак 10,5 7,59
9 вапно 0 18,77
10 шлак ста-лепл. 3,4 29,26
11 вапн. пил 0 5,54
12 вапняк 2,1 40,19
13 торф 25,0 11,30
14 паливо 6,5 28,17
Для дослщження роботи адгези при обробщ сипучих матерiалiв розчинами ПАР нами вико-ристовувався шноутворювач ТЕАС. Концент-рацiя цiеï ПАР в розчинах для обробки стано-вила 0,02; 0,05; 0,06; 0,08; 0,1 та 0,15 %, що вщ-повщало питомим витратам ПАР 20; 50; 60; 80; 100 та 150 г/т, загальна волопсть шихти скла-дала 10 %. Визначення сили адгезiï для кожноï iз вибраних концентрацiй ПАР в розчинах здш-снювалось не менше 10 раз. Розбiжнiсть мiж отриманими даними зусиль розриву при кожнш концентраци складала не бiльше 3...5 %.
Отримаш нами результати вимiрювання сили адгези наведено на рис. 2.
Сила адгези,
300 250 200 150 100 50 0
0 50 100 150
Витрати ПАР, г/т
Рис. 2. Залежшсть сили адгези в1д витрат ПАР
Як видно iз рис. 2, найменшi значення сил адгези спостертаються при обробщ аглошихти розчинами ПАР з питомими витратами 70...80 г/т, що е передумовою вважати щ витрати ПАР
як оптимальш з точки зору штенсифшаци про-цес1в грудкування аглошихти в барабанах-грудкувачах аглофабрик.
Виконаш нами дослщження грудкування аглошихти на лабораторному стенд1 ВАТ «Ар-селорМгтгал Кривий Р1г» показали наявшсть впливу питомих витрат ПАР на процеси грудкування аглошихти та штенсившсть надходження пилу ¡з аглогазами при 11 сшканш [2]. Причому, оптимальний з точки зору процес1в агломераци гранулометричний склад фракцш огрудковано! аглошихти спостершався при зна-ченнях питомих витрат ПАР близьких до зна-чень, як вщповщають одержаним при наших дослщженнях найменшим силам адгези.
Як вказувалось вище, одшею 1з важливих проблем в прцесах агломераци е штенсивний винос пилу ¡з аглогазами в навколишне середо-вище. Виконаними дослщженнями запилення аглогаз1в, як видалялись вщ лабораторного стенду при сшканш оброблено1 розчинами ПАР аглошихти, встановлено, що штенсившсть ви-кид1в пилу в атмосферу в значнш м1р1 залежить вщ питомих витрат ПАР.
На рис. 3 наведена залежшсть концентраци пилу в аглогазах, як видаляються вщ лабораторного стенду, вщ питомих витрат ПАР на об-робку аглошихти.
350 300 250 200 150 100 50 0
£ 0 20 40 60 80 100 Питом1 витрати ПАР, г/т
Рис. 3. Розподш запиленосп аглогаз1в при обробщ аглошихти ПАР
Як видно iз рис. 3, застосування розчишв ПАР для обробки аглошихти забезпечуе змен-шення запиленост аглогазiв бiльш як в 3 рази. Причому, найменшi значення запиленосл спо-стерiгаються при витратах ПАР - 60...70 г/т, що, в основному, сшвпадае з отриманими даними по дослщженню сил адгези.
Таким чином, виконаш нами дослщження сил адгези в оброблених рщиною дисперсних матерiалах та ï^ зютавлення з даними стендо-вих дослщжень iз грудкування та процесiв сш-кання показали, що запропонований нами метод дослiдження сил адгезiï дозволяе встанов-
лювати оптимальш параметри обробки сипучих матерiалiв розчинами ПАР з метою зменшення запиленосп аглогазiв, якi викидаються в атмо-сферне повiтря, що забезпечуе покращення еколопчно! ситуаци в промисловому регюш.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Старк, С. Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии [Текст] / С. Б. Старк. - М. : Металургия, 1977. - 328 с.
2. Фомин, С. П. Снижение выбросов пыли при производстве агломерата [Текст] / С. П. Фомин, В. Т. Агапова, А. Г. Шишацкий, О. Г. Петляк, Ю. В. Пицык // Еколопчш проблеми прничо-металургшного комплексу Укра1ни за умов фор-мування принцишв збалансованого розвитку. Матер1али науково-практично! конференций -К. : Центр еколопчно! освгги та шформаци, 2008. - С. 215-220.
3. Агапова, В. Т. Снижение запыленности агло-газов методом улучшения окомкования агло-шихты [Текст] / В. Т. Агапова, Ю. В. Пицык, А. Г. Шишацкий // Науковий в1сник Нацюналь-
ного прничого ушверситету. - Д., 2010. -Вип. 7-8. - С. 90-92.
4. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов [Текст] / под ред. Г. М. Алиева. -М. : Металургия, 1986. - 544 с.
5. Теверовский, Б. З. Очистка промышленных газов в черной металлургии [Текст] / Б. З. Теверовский. - К. : Техника, 1993. - 152 с.
6. Зимон, А. Д. Адгезия пыли и порошков [Текст] / А. Д. Зимон. - М.: Химия, 1967. - 372с.
7. Ребиндер, П. А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах [Текст] / П. А. Ребиндер // Физико-химическая механика. - М. : Наука, 1979. - 384 с.
8. Зимон, А. Д. Адгезия жидкости и смачивание [Текст] / А. Д. Зимон. - М. : Химия, 1974. -455 с.
9. Андрианов, Е. И. Методы определения прочности реологических характеристик порошкообразных материалов [Текст] / Е. И. Андрианов. - М. : Химия, 1981. - 256 с.
Надшшла до редколеги 09.04.2012. Прийнята до друку 12.04.2012.
А. Г. ШИШАЦКИЙ, Ю. В. ПИЦЫК
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ ПОСТУПЛЕНИЯ ПЫЛИ В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ ПРИ СПЕКАНИИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
В этой работе проведен анализ процессов окомкования аглошихты и механизма слипания сыпучих материалов. Был разработан лабораторный стенд для определения силы адгезии на разрыв сыпучего материала и проведено исследование запыленности аглогазов, выбрасываемых в атмосферный воздух при спекании аглошихты. Было выявлено уменьшение концентрации пыли в результате обработки аглошихты растворами ПАВ и установлены их оптимальные расходы.
Ключевые слова: аглошихта, поверхностно-активные вещества, адгезия, запыленность
A. G. SHISHACKIY, J. V. PICYK
THE RESEARCH OF METHODS FOR DECREASING INGRESS OF DUST INTO ATMOSPHERIC AIR DURING BULK MATERIAL SINTERING
The analysis of aggloburden balling process and procedure of bulk materials adhesion was performed in this article. The laboratory bench for definition of adhesive force of bulk material breaking was developed and the research of suspended materials concentration of sintering gas throwing into atmospheric air during aggloburden sintering was performed. The decreasing of dust concentration as a result of aggloburden treatment with solutions of surfactant species was disclosed and its optimal consumption was determined.
Keywords: aggloburden, surfactant species, adherence, suspended materials concentration
