Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу
 Скачать 4.61 Mb.
|
ПОНЯТИЯ ОДНОРОДНОСТИ И УСРЕДНЕННОСТИСМЕСИ СЫПУЧИХ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Поступающие на меткомбинаты железорудные материалы при определенной величине среднего содержания железа в них, обычно имеют значительные отклонения. Так, при среднемесячной величине содержания железа в концентрате 64 %, в отдельные дни партии концентрата содержат от 62,5 % железа до 65,5 %. Отклонения составляют ±1,5 %. Такая колеблемость нарушает все металлургические процессы, особенно доменный, в котором снижается производительность и растет расход кокса. Поэтому на всех комбинатах осуществляют усреднение железных руд, целью которого является снижение колеблемости химсостава. Для оценки однородности и усредненности материала следует применять методы математической статистики. Так, колеблемость содержания компонента следует оценивать не по абсолютному отклонению (±n %), а по среднеквадратичному отклонению – СКО или . Известно, что колеблемость любого процесса оценивается дисперсией – D, a  (или D = 2). Среднеквадратичное отклонение железа рассчитывается по формуле  ,где Feср–среднее содержание железа в группе анализов (выборке), %; Fei – содержание железе в каждом анализе, %;  – сумма отклонений содержания железа во всей выборке от i = 1 до i = n, где n – число анализов в выборке.Правильнее оценивать колеблемость в содержании Fe не по показателю Fe = 64 ± 1,5 %, а по величине . Tогда Fe = 64 %, = 0,5 %. Обычно для производственных целей можно принять абсолютное отклонение – R = 2 . Чтобы при оценке колеблемости материала учесть величину содержания компонента – (Feср) следует определять не только , но и коэффициент вариации – V = /Feср. Коэффициент вариации можно назвать относительной колеблемостью. Технология усреднения железных руд состоит в укладке прибывающих материалов в штабель послойно, с минимальной толщиной слоя, а затем отбирать материал в разрезе штабеля, пересекая все слои. Качество усреднения оценивается коэффициентом усреднения  ,где исх– СКО до усреднения (исходное); кон– СКО после усреднения (конечное). Обычно Ку колеблется в пределах 2-6(редко 9-10). Теоретически, при числе отбираемых проб усреднительной машиной слоев – n, дисперсия после усреднения составит  ,где Dисх – дисперсия до усреднения. Из приведенного выражения определим зависимоеть качества усреднения от числа слоев. Dисх = Dкон n;  ;откуда  .Коэффициент усреднения  , следовательно  .Качество усреднения пропорционально корню квадратному из числа отбираемых слоев. Из опыта известно, что Ку может достигать 10, следовательно, число отбираемых слоев должно быть равным 100. Учитывая то, что коэффициент полезного действия усреднения равный 0,7-0,8, число слоев должно быть в пределах120-140. Из опыта работы усреднительных устройств зарубежных комбинатов следует, что число слоев достигает 600-700 (иногда до 1000). Наилучшие результаты усреднения получаются при использовании специальных усреднительных комплексов, состоящих из укладчика штабеля с образованием 600-700 слоев и заборщика, отбирающего из штабеля практически все уложенные слои. Современный усреднительный комплекс работает на Карагандинском меткомбинате (Темиртау, Казахстан). Емкость современных рудоусреднительных складов достигает 250-400 тыс.т, что должно соответствовать не менее 15-20 дневной работе доменного цеха. Вопросы усреднения неоднородных сыпучих материалов давно привлекают внимание многих исследователей, поскольку проблема колеблемости состава сырья является едва ли не определяющим фактором повышения качества готовой продукции и оптимизации технико-экономических показателей производства в любой отрасли, где производство предусматривает использование технологических смесей или шихт из разнородных по своему химическому составу или физическим свойствам материалов. Именно поэтому в горнорудной, угледобывающей, металлургической, коксохимической, а также обогатительной отраслях промышленности инженерные задачи по повышению однородности и усредненности исходного сырья и промежуточных технологических смесей не теряют своей актуальности на протяжении многих лет, тем более в современных условиях экономической нестабильности, когда кардинальное решение этих вопросов путем реконструкции и технического перевооружения отдельных отраслей промышленности весьма проблематично. Обзор всех попыток количественной оценки неоднородности смеси и описания процессов смешивания материалов показал, что у производственников до настоящего времени нет единого, общепринятого четкого толкования смысла терминов «однородность» и «усредненность» материалов, как нет и единого количественного критерия, объективно оценивающего эти характеристики. В литературе, посвященной неоднородности и усредненности сыпучих материалов зачастую можно встретить традиционное утверждение, что «…по существу УСРЕДНЕНИЕ является смешиванием больших масс материала с целью УВЕЛИЧЕНИЯ ЕГО ОДНОРОДНОСТИ, в первую очередь по его химическому составу». Подобная трактовка цели усреднения дезориентирует производственников в понимании природы однородности (или неоднородности) смеси, причин изменения колеблемости ее состава и сути процессов, происходящих при усреднении. В пояснение к сказанному приведем пример. Рассмотрим две смеси, различных по своей исходной неоднородности. Для наглядности в качестве признака, по которому будем оценивать неоднородность, выберем крупность кусков, входящих в смесь. Число кусков, входящих в смесь, и в первом, и во втором случае одинаково (N = 100); средневзвешенный размер кусков в смеси (64 мм) также одинаков. Однако первая смесь более неоднородна по крупности: в ее состав входят куски, сильно различающиеся по размерам (от 10 до 100 мм), в то время как во второй смеси всего два вида кусков, размеры которых (50 и 70 мм) разнятся не столь сильно, как в первой смеси. Дисперсия состава материала от куска к куску в пределах массива, содержащего N кусков, характеризует неоднородность этого массива и определяется известной формулой   где N – число кусков в массиве; Xi – контролируемый параметр состава і-го материала; X – средняя по массиву величина этого параметра. В нашем примере дисперсия состава от куска к куску в первой смеси более чем в три раза превышает аналогичный показатель второй смеси. Среднеквадратичное отклонение размера кусков при этом в первой смеси составляет 35 мм, во второй – около 19 мм. Характеристики состава неоднородных по крупности смесей показана в таблице 7.1. Таким образом, дисперсия состава материала от куска к куску однозначно определяется размером и относительным количеством разных кусков и является количественной оценкой его однородности: чем больше разнятся отдельные куски материала, (чем неоднороднее материал), тем больше дисперсия от куска к куску и наоборот. Таблица 7.1 – Характеристики состава неоднородных по крупности смесей
При перемешивании каждого массива даже самым тщательным образом, общее количество кусков и их размер не меняется (если только процесс перемешивания не сопровождается дроблением и истиранием кусков), то есть исходная неоднородность массива остается неизменной. Не изменяется при этом и количественная характеристика неоднородности – дисперсия состава от куска к куску. Последнее прямо вытекает из определения: от перемены мест слагаемых (взаимного расположения кусков) сумма (дисперсия) не меняется. Следовательно, формулировка усреднения как операции перемешивания массивов материала с целью увеличения его однородности является некорректной, противоречащей представлениям о природе однородности и не отражает фактической картины происходящих при усреднении процессов. В сложившейся ситуации наиболее целесообразным является следующее: четко разграничить понятия однородности и усредненности, а в качестве общепринятой и единой методики определения количественной оценки этих характеристик принять как наиболее разумную и научно обоснованную методику, автором которой является Русаков П.Г., разработавший теорию процессов усреднения и закономерностей формирования колебаний состава материалов. Суть ее сводится к следующему. Однородность материала определяется дисперсией состава материала на уровне элементарных порций от куска к куску и не зависит от взаимного расположения кусков, то есть не меняется в ходе усреднения. Понятие элементарной порции отождествляется с порцией, сохраняющейся при перемешивании как единое целое, не разрушающейся на более мелкие порции и не подвергающейся вторжению постороннего материала. Для кусковатых материалов (железная руда, агломерат, окатыши) такой порцией является кусок средних размеров, для мелкозернистых материалов (концентрат, пыле-угольное топливо) – отдельное зерно. Для удобства понятие КУСОК используют как синоним понятия элементарная порция, вне зависимости от действительной крупности материала. Усредненность материала – синоним перемешанности, перетасованности, хаотичности взаимного расположения его кусков. Чем беспорядочнее относительно друг друга располагаются куски разного состава, тем выше усредненность материала. Усредненность не зависит от того, велика или мала разница состава куска материала, то есть не зависит от однородности материала. Количественной характеристикой усредненности является автокорреляционная функция (АКФ) колебаний состава материала: чем хаотичнее расположены куски в массиве, тем слабее корреляция их состава и тем меньше АКФ, а чем меньше размеры скоплений близких по составу кусков, тем меньше интервалы (протяженность) корреляции. Дисперсия (и среднеквадратичное отклонение – СКО) разовых анализов материала определяется тремя факторами: однородностью материала (СКО от куска к куску), его усредненностью (АКФ) и технологией опробования (величина опробуемых массивов, число частных проб в каждой разовой пробе и массе проб). Чем выше усредненность материала, тем сильнее влияние технологии опробования. Поэтому без указания технологии опробования материала численные значения СКО его анализов лишены определенности, а их сопоставление – содержательности. Подводя итог вышеизложенным рассуждениям, необходимо во избежание дальнейших разночтений и для обеспечения сравнимости результатов отдельных определений неоднородности смеси различных по своим химическим и физическим свойствам материалов, способов и закономерностей процессов их смешивания и усреднения, во всех случаях руководствоваться следующими принципами: Четко разграничить понятия однородности и усредненности смеси. Неоднородность смеси однозначно определяется дисперсией ее состава на уровне элементарных порций от куска к куску и зависит от исходной неоднородности смешиваемых материалов и расхода этих материалов при объединении в смесь:  ,где N – дисперсия состава от куска к куску смеси и входящих в нее j-х материалов; Хсм, Хj – среднее содержание контролируемого компонента в смеси и в j-ом материале; qj – относительная доля j-го материала в смеси. 3. В процессе перемешивания (усреднения) неоднородность смеси не изменяется, равно, как не меняется и величина дисперсии ее состава от куска к куску. Неоднородность может меняться в случае, если по ходу смешивания происходит дополнительное дробление или истирание материалов (например, при перегрузках), либо если меняется соотношение компонентов смеси (например, варьирование расхода материала при дозированной их подаче в поток смеси). Усредненность смеси (тщательность, степень ее перемешанности) исчерпывающим образом характеризуется автокорреляционной функцией (АКФ) колебаний состава: она позволяет не только количественно оценить степень перемешанности (упорядоченности взаимного расположения кусков), но и проследить закономерности изменения колеблемости состава смеси в процессе усреднения. Дисперсия состава смеси при усреднении по результатам опробования зависит от исходной неоднородности и от усредненности  где  – дисперсия от куска к куску, которая характеризует неоднородность и не меняется в ходе усреднения;Т – обобщенная характеристика усредненности, которая определяется видом и величиной АКФ. В плохо усредненном материале параметр Т близок к единице, и дисперсия смеси  примерно равна дисперсии . В идеально усредненном материале, состоящем из N кусков, параметр Т 1/N, а дисперсия = /N. Если при этом число кусков (проб) велико, то для идеально перемешанной смеси дисперсия ее состава закономерно уменьшается.Практически усреднение производят следующим образом. Штабель формируют из большого числа (до 1000) тонких горизонтальных слоев материала (рис. 7.1)  1- подающий конвейер; 2 – саморазгружающаяся тележка; 3 – формируемый штабель; 4 – штабель под разгрузкой; 5 – экскаватор | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||