CC BY
25
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
Вип. № 15
2005 р
TEXHI4HI НАУКИ
МЕТАЛУРГ1Я
УДК 669.18.054.83
Томаш А.А.1, Безверхий И.В.2, Белоног В.А.3, Кривенко C.B.4
ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКОГО КРИТЕРИЯ СЕГРЕГАЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ШИХТЫ ПО КРУПНОСТИ ПРИ ЗАГРУЗКЕ НА АГЛОМЕРАЦИОННУЮ МАШИНУ
Для оценки сегрегации агломерационной шихты по высоте слоя сравниваются диаметры частиц, отобранных с разных горизонтов, с идеальной крупностью гранул, соответствующей статистическому распределению Вейбула. Для сравнения предложен критерий, аналогичный выборочному корреляционному отношению. Анализ распределения шихты по крупности на агломерационных машинах ОАО МК «Азов-сталъ» с применением разработанного метода показал необходимость увеличения сегрегации гранул по высоте спекаемого слоя и сокращения неравномерности их распределения по ширине паллет
Загрузка окомкованной шихты на агломашину является важным элементом технологии спекания железорудных материалов. К загрузке агломерационной шихты предъявляются следующие требования: равномерное распределение по ширине спекательных тележек и сегрегация по высоте спекаемого слоя, при которой в верхней его части сосредоточены мелкие частицы, а по мере приближения к колосниковой решётке диаметр частиц увеличивается. Сегрегация агло-шихты по высоте слоя оценивается как положительный фактор [1], способствующий повышению порозности и газопроницаемости слоя за счёт разделения частиц разной крупности и выравнивания температурно-теплового режима спекания, благодаря увеличению концентрации топлива в верхней части слоя, позволяющий заменить постель из возврата крупными гранулами окомкованной шихты.
Чаще всего сегрегация аглошихты оценивается качественно по характеру кривых изменения эквивалентного диаметра частиц по высоте [2, 3]. Количественная оценка сегрегации применяется реже. Функция сегрегации шихты [4] требует определения эмпирических коэффициентов в результате аппроксимации экспериментальных данных. Коэффициент фактической сегрегации [5] можно найти для отдельных фракций, а не для всей шихты в целом. В работе [6] преложен показатель сегрегации доменной шихты по длине откоса на колошнике. Его величину задавали для расчёта изменения диаметра кусков шиты по длине откоса, не решая обратную задачу определения показателя сегрегации по известным значениям диаметра частиц шихты в разных точках откоса. Таким образом, до настоящего времени не решена задача объективной количественной оценки сегрегации агломерационной шихты по высоте слоя.
Целью исследований явилась разработка метода расчёта критерия сегрегации агломерационной шихты с применением средств математической статистики.
1 ГТГТУ, д-р. техн. наук, проф.
2 ГТГТУ, аспирант
3 НПО «Шельф», канд. техн. наук
4 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
Фракционный состав зернистого материала может быть удовлетворительно описан статистическим распределением Вейбула [7], описывающим кумулятивную кривую по минусу,
JF(J) = l-exp(-AJ/!), (1)
где F(d) - содержание частиц крупностью от 0 до d мм, д.ед.;
X и р - параметры распределения Вейбула. При максимально возможной, идеальной сегрегации шихты по высоте на каждом горизонте, расположенном на расстоянии Н от поверхности слоя высотой НСл, будут размещаться частицы только одного диаметра и выполняться соотношение F(d) = Н/НСл С учётом последнего изменение диаметра частиц с высотой максимально сегрегированного слоя описывается уравнением
dw = ^/(1 / Я) In [l /(1 - Я / Нсл)J. (2)
Фактически, на каждом горизонте слоя будут размещаться частицы разной крупности со средним диаметром dl5 увеличивающимся в направлении к нижней части слоя. Характеризовать сегрегацию целесообразно среднеквадратическим отклонением среднего диаметра частиц на каждом горизонте отбора d, от среднего диаметра гранул всей шихты d
оФ=^11пЩ(ёг-ё)2 , (3)
где п - количество горизонтов отбора проб шихты.
В отсутствие сегрегации dj = d по всей высоте слоя и сф = 0. При максимально возможной сегрегации шихты средний диаметр частиц на каждом горизонте отбора равен идеальному значению df , рассчитанному по уравнению (2), а среднеквадратическое отклонение равно
oид=j{\ln)YJ{dfд-d)2. (4)
Отношение
С = Сф/Сид (5)
является критерием сегрегации, характеризующим степень приближения распределения крупности гранул шихты по высоте слоя к кумулятивной кривой её фракционного состава. С увеличением сегрегации значение показателя С меняется от 0 в её отсутствие до 1 при достижении максимально возможного перераспределения по крупности в соответствии с (2).
Для проверки достоверности полученного критерия С проведены лабораторные исследования с оценкой степени сегрегации окомкованной агломерационной шихты с различной укладкой. После ручного смешивания шихтовая смесь, включающая 42,11 % концентрата, 10,53 % аглоруды, 10,53 % известняка, 5,26 % топлива, 31,58 % возврата, увлажнялась и окомковыва-лась. Три порции агломерационной шихты по 4,75 кг каждая укладывали в цилиндрический сосуд диаметром 0,14 м разными способами - без сегрегации, с частичной и максимальной сегрегацией. Порцию шихты рассеивали на отдельные фракции. Результаты рассева описывали уравнением (1), определяя параметры распределения Вейбула X и р и средний диаметр частиц d. Для устранения сегрегации каждую фракцию делили на 6 равных частей. Затем составляли 6 смесей, в состав которых входило по 1/6 части каждой фракции. Фракционный состав каждой смеси был одинаков и совпадал с фракционным составом всего материала. В цилиндрический сосуд укладывали 6 слоёв из смесей одинакового фракционного состава. Частичную сегрегацию создавали, распределяя фракции по 6 слоям в направлении сверху вниз в соответствии с таблицей. Максимальную сегрегацию получали, укладывая каждую фракцию отдельным слоем. После укладки из слоя отбирали пробы аглошихты на пяти горизонтах. Каждую пробу рассеивали на фракции и определяли средний диаметр частиц на каждом из 5 горизонтов ё;. По уравнениям (2 - 5) рассчитывали величины d1ид , Сф и сид, степень сегрегации С. При равномерной по высоте укладке степень сегрегации составила С = 0,08. При частичной сегрегации С = 0,59. Максимальной сегрегации соответствовало С = 0,82 (см. рис.).
Диаметр гранул, мм
0 1 2 3 4 5 6 7
0 0,2 с О-4
о X
^ 0,6 0,8 1
Рис. - Изменение диаметра частиц агломерационной шихты по высоте слоя при разной степени сегрегации: 1 - идеальное распределение по крупности с1ид (С=1); 2 - средний диаметр частиц
б/ (С=0); 3 - укладка без сегрегации (С=0,08); 4 - с частичной сегрегацией (С=0,59); 5 - с максимальной сегрегацией (С=0,82)
Таблица - Послойная укладка агломерационной шихты при частичной сегрегации
Фракции аглошихты, мм
0- 1 1-3 3-5 5-7 7 - 10 + 10
1 слой 50% 33,33 % - - - -
2 слой 50% 33,33 % 33,33 % - - -
3 слой - 33,33 % 33,33 % 33,33 % - -
4 слой - - 33,33 % 33,33 % 50% -
5 слой - - - 33,33 % 50% -
6 слой - - - - - 100 %
Показатель сегрегации С аналогичен выборочному корреляционному отношению [7], характеризующему тесноту корреляционной связи между величинами. При этом Ощ соответствует общему среднеквадратическому отклонению, а Сф - межгрупповому среднеквадратическому отклонению.
Разработанный метод количественной оценки сегрегации зернистых материалов по высоте применили для исследования загрузки агломерационной шихты на паллеты в промышленных условиях. Исследовали сегрегацию шихтовых материалов на остановленной агломерационной машине № 1 МК «Азовсталь» у бортов и в середине слоя. Загрузка окомкованной шихты из барабанов окомкователей на агломерационные машины МК «Азовсталь» производится с помощью традиционной цепи устройств: промежуточного бункера, барабанного питателя и наклонного листа. Особенностью загрузки является отсутствие Челноковых питателей, равномерно распределяющих шихту по ширине промежуточного бункера и, как следствие, агломашины. Отбор образцов аглошихты осуществляли с помощью пробоотборника, т.е. металлического короба высотой 270 мм, разделённого горизонтальными пластинами на 4 секции. Отобранные одновременно с 4 горизонтов пробы шихты просушивали и рассеивали, определяя фракционный состав и влажность. Средняя влажность шихты была выше оптимального значения и составила 11,4 %. По известному фракционному составу шихты рассчитывали её порозность в. В ходе исследований установили значительную неравномерность в распределении шихты по ширине паллет которая объясняется отсутствием челнокового распределителя. С правой стороны
по направлению движения агломашины наблюдали переувлажнение (влажность 15,8 %) и пониженную газопроницаемость шихты (в = 0,257 м3/м3). Наивысшая газопроницаемость достигается в середине слоя (в = 0,318 м3/м3) и снижается к бортам (порозность у левого борта в = 0,296 м3/м3). Влажность шихты в центре и у левого борта составила 8,63 - 8,73 %. В среднем показатель сегрегации шихты по высоте С составил 0,764. Наиболее сильную сегрегацию наблюдали у правого борта С = 0,976. В центре слоя и у левого борта сегрегация недостаточна С = 0,464 и
0.287.соответственно. Слабая сегрегация шихты у левого борта и в центре слоя свидетельствует о недостаточном перераспределении гранул по крупности и необходимости поиска более совершенных средств управляемой сегрегации шихты при загрузке на агломашину.
Выводы
1. Показателем сегрегации шихтовых материалов по высоте слоя является отношение средне-квадратических отклонений от среднего диаметра частиц, фактического диаметра гранул и диметра частиц при максимально возможной сегрегации на разных горизонтах слоя соответственно. Его значение меняется от 0 в отсутствие сегрегации до 1 при максимально возможном перераспределении частиц по крупности. Сравнительная оценка сегрегации зернистых материалов с различной укладкой в лабораторных условиях полностью подтвердила объективность предложенного показателя.
2. Сегрегация шихты по высоте спекаемого слоя, которую обеспечивают современные устройства для загрузки шихтовых материалов на паллеты, недостаточна. Показатель сегрегации составляет 0,287 - 0,464. Необходима разработка более совершенных средств управляемой сегрегации шихты при загрузке на агломашину.
Перечень ссылок
1. Коротич В.И. Теоретические основы окомкования железорудных материалов / В.И. Коро-тич. - М.: Металлургия, 1966. - 152 с.
2. Вегман Е.Ф. Теория и технология агломерации / Е.Ф. Вегман. - М.: Металлургия, 1974. -228 с.
3. Повышение качества агломерата за счёт улучшения условий загрузки / Ю.С. Кравец, Ю.П. Исаенко, A.A. Воек и др. // Металлургия и коксохимия. - Вып. 53. - К.: Техника, 1977. -С. 14-19.
4. Кривенко C.B. Интенсификация агломерационного процесса путём управления газопроницаемостью спекаемого слоя: Автореферат канд. дисс. / C.B. Кривенко. - Мариуполь, 2000. -19 с.
5. Кухарь A.C. Производство и качество агломерата ! А. С. Кухарь, В.А. Мартыненко, В.П. Шевченко. - М. : Металлургия, 1977. - 44 с.
6. Русанов И.Ф. Совершенствование регулирования распределения материалов и газов по радиусу доменной печи: Автореферат канд. дисс. /И.Ф. Русанов. - Донецк, 1989. -24 с.
7. Рубинштейн Ю.Б Математические методы в обогащении полезных ископаемых / Ю.Б. Рубинштейн, Л.А. Волков. - М.: Недра, 1987. - 296 с.
Статья поступила 28.03.2005
