Сравнительная оценка механических усилий в процессах прессования и окатывания тонкозернистых материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 175 ¡971

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ В ПРОЦЕССАХ ПРЕССОВАНИЯ И ОКАТЫВАНИЯ ТОНКОЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

В. М. ВИТЮГИН, В. А. ТРОФИМОВ

(Представлена научной итоговой конференцией химико-технологического

факультета)

При оценке величины механических усилий в процессах окатывания влажных материалов рядом исследователей [1, 2] принято считать эти усилия равноценными давлению прессования, необходимому для получения брикетов с плотностью окатыша, т. е. удельные давления, испытываемые зернами в процессе окатывания, равны 300—800 кг/см2.

Однако сравнительная оценка процесса брикетирования и окатывания с энергетической точки зрения ставит под сомнение возможность возникновения таких высоких давлений при окатывании. В предоставленной работе исследован вопрос изменения гранулометрического состава тонкозернистых материалов для оценки механических усилий.

В качестве исследуемых материалов использовали ташлинскпп кварцевый песок крупностью 0,5—0 мм и Соколовс.ко-Сарбанский железорудный концентрат крупностью 0,5—0 мм.

Методика исследований

Для получения окатышей в слой предварительно высушенного песка или концентрата вводили с помощью шприца 2 мл воды в течение 5—7 сек. Получившийся при этом агрегат шарообразной формы окатывали на лабораторном тарельчатом грануляторе 300 мм с добавками воды и сухого материала в течение определенного времени. Определялся средний диаметр окатыша, его вес, прочность на раздавливание. Плотность окатышей определялась парафиновым методом. После раздавливания окатышей производился мокрый рассев материала на фракции — 0,5 + 0,2 мм, —0,2 + 0,1 мм, —0,1 + 0,05 мм., —0,05 + 0,0 мм.

Брикеты готовились на лабораторном прессе в разъемной пресс-форме 300 мм следующим образом.

Навеска предварительно высушенного материала, равная весу высушенного окатыша, равномерно увлажнялась до заданной влажности и прессовалась при различных значениях удельного давления (р кг/см2). Брикеты оценивали по влажности, плотности, прочности и ситовому составу материала.

Сравнительные данные по плотности, прочности окатышей и брикетов представлены в табл. 1.

Анализ гранулометрического состава исходных материалов и полученных сырых окатышей и брикетов показывает, что в процессе прессования материалов происходит заметное изменение гранулометрического

Т а б л и ц а 1

Гран у л о м е т р и ч е с к и й с о с та в

песок исходный концентрат исходный окатыш песок окатыш концентрат брикет песок р— 1000 брикет концентрат р = 1000

фракция, % фракция, % фракция, % фракция, % фракция, 9о фракция % >

—0,5+0,2 93,6 -0,2+0,1 6,4 -0,1 + 0,05 сл. —0,05 сл. —0,5+0,2 9,1 -0,2+0,1 19,0 —0 +10,05 33,4 —0,05 38,5 -0,5}-0,2 93,5 -0,2 + 0,1 6,5 —0,1 + 0,05 сл. —0,05 сл. а = 0 -0,5+0,2 9,2 —0,2+0,1 18,9 —0,1+0,05 33,7 —0,05 38,2 я == 0 -0,5 + 0,2 61,4 —0,2 + 0,1 12,8 -0,1+0,05 17,9 —0,05 7,9 а = 32,2 -0,5+0,2 3,2 -0,2+0,1 14,2 —0,1+0,05 30,6 -0,05 52,0 а = 13,5

Сравнительная прочность и плотность окатышей и брикетов Окатыши Брикеты

время окатывания, мин плотность, г см* прочность давление прессова-ъ г ¡ок пия, кг ¡см2 плотность, г ¡см3 прочность, гбр

Железорудный концентрат

3 2,71 910 50 2,66 760

5 2,84 1020 250 2,77 920

10 3,08 1190 500 2,86 1070

15 3,33 1670 750 2,9Э 1310

1000 3,13 1540

Кварцевый песок

3 2,29 61 750 2,08 19

3 2,27 57 1000 2,19 27

3 5

3 О

^ 25

Ч <

s20

I'5 10

о

«о, 5

о-ОС O- M ?QK m

1

V J. & p

V

\

\

б! «I

200 йаЬленир

Ш 6CV прессования,

14 /в п

Выход нобого класса,

№ к Г/СП 2

36 Г.

1000

so

состава материалов. При примерно одинаковой плотности окатышей, и брикетов у последних выход вновь образованного класса (а) меняется в широких пределам Так, кварцевый песок при удельном давлении прессования в 1000 кг/см2 имеет выход вновь образованного класса 32,2%, железорудный концентрат — 13,5%. В' процессах окатывания материалов изменение ситового состава не обнаружено. Характер изменения ситового состава материалов при различных величинах удельного давления прессования показан на рис. 1.

Как видно из рисунка, с увеличением удельного давления прессования выход вновь образованного класса растет в большей мере для

проб относительно крупнозернистого ташлинского песка и в меньшей мере для железорудного концентрата. Кривые 2 показывают, что изменение влажности материалов в пределах 2,5—10% не оказывает существенного влияния на гранулометрический состав их. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что энергетические затраты в процессах прессования и ока-тызания различны.

С целью проверки величин удельных давлений, развиваемых в процессе окатывания, были проведены опыты по определению площади касания окатыша при его формировании. В качестве связующего при изготовлении окатыша была использована вода с добавками красителя. Площадь касания определялась по следу окатыша на листе плотной бумаги при окатывании. Результаты этих опытов показывают, что площадь касания окатыша 'не ограничивается одним зерном. Так, например, в начальный период окатывания гранулы диаметром 30 мм и весом 31 г имели площадь касания, равную 4 см2, т. е. удельные давления, испытываемые зернами агрегата в точке касания- составляли 0,02 кг/см2. При увеличении времени окатывания с добавками сухого материала по мере уплотнения гранулы площадь касания уменьшалась и в конечный период составляла ОД мм2, что соответствует удельному давлению 31 кг/см2.

При прессовании внешнее приложение давления приводит к дроблению отдельных зерен, имеющих беспорядочный случайный контакт с небольшой площадью. Условия для удаления воздуха из прессуемого материала затруднены. Тонкие пленки воды в случае относительно крупнозернистых материалов способствуют повышению эффективности дробления (см. рис. 1). Значительная доля энергетических затрат идет на преодоление трения как о стенки прессформы, так и внутреннего трения. Незначительные по величине механические усилия при окатывании тонкозернистых материалов лишь способствуют более упорядоченной упаковке зерен в грануле с максимальной площадью контакта, и это определяет плотность и прочность окатышей.

ЛИТЕРАТУРА

Рис. 1. Влияние влажности материала пудель ного давления прессования на степень измел;.

чения зерен при формовании брикета. 1 — Зависимость между р и а: а — выхо;

класса.

2 — Зависимость W г— влажность,

между

%

а и

Г

1. И И. Р о в е н с к и й. Получение офлюсованных окатышей. Изд. Проминь, 1965.

2. С. V. Firth. Arner. Inst. Min. Eng. Proceedings of the Blast Furnace and Coke Ovens. Raw Materials Conference, v. 4, pp. 46—-69, 1944.