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        陶瓷過濾機在球團精礦水分含量控制中的應(yīng)用實踐

        2020-06-08 10:54:40連曉鋼楊頌
        關(guān)鍵詞:過濾機盤式處理量

        連曉鋼,楊頌

        (1.太鋼礦業(yè)分公司峨口鐵礦,山西代縣 034207;2.太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山西太原 030024)

        引言

        太鋼礦業(yè)分公司峨口鐵礦200萬噸球團生產(chǎn)線采用“鏈—回—環(huán)”球團工藝[1],于2004年正式投產(chǎn)并順利運行至今。目前,生產(chǎn)線中的精礦粉脫水工藝采用由安徽天源科技股份有限公司生產(chǎn)的ZGP-72真空盤式過濾機,現(xiàn)裝機共7臺(正常工作時運行4~5臺),每年需完成220萬噸精礦粉的脫水工作。目前精礦粉脫水后水分含量保持在9.6%~12%。

        隨著峨口鐵礦采場開采深度的增加,原礦嵌布粒度變細(xì),使得磁選后鐵精礦粉粒度隨之變細(xì),即直徑在0.045 mm以下的顆粒占比高達(dá)78%~82%,導(dǎo)致了精礦粉脫水困難現(xiàn)象的產(chǎn)生(過濾后水分含量在10.5%~12%)。為滿足工藝對球團精礦水分含量在9.4%~9.8%的要求,需增加后續(xù)烘干設(shè)備運行能力,以降低精礦水分含量。然而,現(xiàn)有烘干系統(tǒng)也僅能脫除0.2%~0.3%的水分,當(dāng)精礦水分含量超過11%時,根本無法滿足混合料的水分控制要求。此外,現(xiàn)有盤式過濾機每臺裝機功率為178 kW,每小時耗電150度;烘干窯每小時耗電646度,耗煤500~1 200 kg,極大地增加了現(xiàn)有工藝系統(tǒng)能耗。因此,尋找高效、經(jīng)濟的超細(xì)精礦粉脫水技術(shù)是目前亟需解決的問題。

        陶瓷過濾機作為一種高效、便捷的脫水設(shè)備,在鉻鐵生產(chǎn)、特鋼球團生產(chǎn)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[2-4]。為了降低精礦粉生產(chǎn)成本、優(yōu)化精礦粉脫水工藝,本文將現(xiàn)有部分盤式過濾機與烘干系統(tǒng)替代為陶瓷過濾機,通過方案研究與比選,重新設(shè)計生產(chǎn)工藝,以實現(xiàn)球團精礦水分含量的控制,并通過效果與效益分析,對提質(zhì)降本情況進行評估。該技術(shù)改造思想方法也能為陶瓷過濾機替代濾布過濾機提供建設(shè)性指導(dǎo)意義。

        1 改造方案研究與比選

        1.1 能力校核

        峨口鐵礦目前有ZGP-72真空盤式過濾機7臺,正常生產(chǎn)時運行4~5臺,小時處理量如表1所示。

        陶瓷過濾機利用系數(shù)以0.8 t/(m2·h)計算(設(shè)計值為0.65~1.0 t/(m2·h)),所需過濾面積約為453 m2(363/0.8)。受到現(xiàn)場布置困難、改造投入大、耗費時間長等因素的限制,大規(guī)格的陶瓷過濾機安裝在現(xiàn)場廠房空間中受到限制。通過對陶瓷過濾機的了解,80 m2陶瓷過濾機技術(shù)成熟、運行穩(wěn)定,通過現(xiàn)場初步布置,能夠?qū)崿F(xiàn)充分利用,且改動幅度小、耗費成本低,故選用之。

        所需80 m2陶瓷過濾機的臺數(shù)為453/80≈5.66臺,按6臺計算。由于陶瓷過濾機每7 h要進行一次酸洗,一次需要2 h,因此正常單臺作業(yè)率為80%,進而所需臺數(shù)修正為5.66/0.8≈7.1臺,按8臺計算,其中7臺工作、1臺備用。

        表1 過濾系統(tǒng)處理量構(gòu)成

        1.2 質(zhì)量指標(biāo)

        球團造球工藝要求精礦水分含量為(9.6±0.2)%,即9.4%~9.8%[5]。經(jīng)過廠家對現(xiàn)場精礦粉進行的取樣試驗可知,陶瓷過濾機過濾后精礦水分含量在7%~9%,能夠滿足球團造球工藝要求。

        1.3 改造方案設(shè)計與比選

        按照363 t/h的處理量,得到表2的基礎(chǔ)計算數(shù)據(jù),并設(shè)計出以下三種待選改造方案。

        方案1:全部采用陶瓷過濾機,正常生產(chǎn)時運行7臺,過濾后綜合水分含量為8.5%,滿足上下工序的要求。

        方案2:拆除3臺盤式過濾機,更新5臺陶瓷過濾機,正常生產(chǎn)時運行4臺陶瓷過濾機、3臺盤式過濾機,過濾后綜合水分含量為9.5%,滿足上下工序的要求。

        方案3:拆除3臺盤式過濾機,更新3臺陶瓷過濾機,正常生產(chǎn)時運行2臺陶瓷過濾機、3臺盤式過濾機,過濾后綜合水分含量為10%,不能滿足球團造球工藝要求。

        我們從配置方式、過濾后水分、處理量、投資、運行費用等幾個方面對上述三個方案進行比選,詳細(xì)如表3所示。

        從表3的對比可以看出:

        (1)方案1處理量能滿足要求,過濾后水分含量能控制到8.5%,也能滿足球團造球工藝要求,但投資總費用比方案2高出約400萬元,且需要拆除全部現(xiàn)有過濾機,改造周期長。所以,此方案不可行。

        表2 基礎(chǔ)計算數(shù)據(jù)

        表3 方案比選

        (2)方案3處理量能滿足要求,但過濾后水分含量只能控制到10%,不能滿足球團造球工藝要求,所以不宜采用。

        (3)方案2處理量能滿足要求,過濾后水分含量能控制到9.5%,能滿足球團造球工藝要求。該方案投資少、運行費用低,改造拆除的舊過濾機可以當(dāng)備件使用,優(yōu)于方案1和方案3。

        綜上,選取方案2,即更新5臺陶瓷過濾機,最終形成正常生產(chǎn)時采用3臺盤式過濾機、4臺陶瓷過濾機的工藝配置。

        2 效果與效益分析

        2.1 方案實施效果分析

        新陶瓷過濾機于2019年11月安裝完畢,在試驗期間精礦粉粒度在0.045 mm以下的顆粒占比為78%~82%,安裝后6個月的水分含量對比情況如圖1所示。由圖1可知,技術(shù)改造后,精礦水分含量為9.60%~9.76%,完全可以滿足工藝對球團精礦水分含量9.4%~9.8%的要求。

        2.2 經(jīng)濟效益分析

        2.2.1 耗電量

        陶瓷過濾機裝機總功率為64.5 kW,其中超聲波功率16 kW,只在清洗時工作2 h。按照每7 h清洗一次測算,陶瓷過濾機實際參與工作功率為62.2 kW。而原有盤式過濾機裝機總功率為180.5 kW。

        兩種過濾機噸精礦耗電量對比如下:

        陶瓷過濾機:62.2 kWh/86.8噸精礦≈0.72 kWh/噸精礦,單位成本0.72 kWh/噸精礦×0.46元/kWh≈0.33元/噸精礦。

        盤式過濾機:180.5 kWh/75.6噸精礦=2.38 kWh/噸精礦,單位成本2.38 kWh/噸精礦×0.46元/kWh≈1.09元/噸精礦。

        2.2.2 日常消耗

        原有盤式過濾機備件費為4萬元/(臺·年),材料費為2萬元/(臺·年)。因陶瓷過濾機剛進入試車階段,備件費材料費暫參照原有盤式過濾機計算。對比如表4所示??梢钥闯觯沾蛇^濾機單臺運行單位成本比原有盤式過濾機低0.12元/噸精礦。

        2.2.3 費用節(jié)省

        過濾后精礦水分能夠滿足球團造球要求,從系統(tǒng)運行角度可以省掉烘干工藝環(huán)節(jié)。

        烘干系統(tǒng)費用測算如下:

        (1)耗電量:烘干裝機容量760 kW,年節(jié)約電費760 kW×0.75×300 d×0.46元/kWh×24 h≈188.78萬元,其中0.75為功率因數(shù)。

        (2)煤耗:烘干系統(tǒng)運行每天耗煤10噸,每噸單價440元,年節(jié)約煤費用為10 t/d×300 d×440元/t=132萬元。

        (3)維修費:皮帶、油脂、材料、備件年可節(jié)約60萬元。

        以上三項合計:188.78+132+60=380.78萬元。

        柴油消耗:烘干每噸精礦需要0.0 0 5 k g 柴油,每噸柴油按4元計算,每噸精礦需要消耗柴油0.02元。

        圖1 水分含量對比

        表4 日常消耗費用對比

        雖然取消了烘干工藝環(huán)節(jié),但要在保證球團造球水分含量要求的前提下達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。按照正常生產(chǎn)運行4臺陶瓷過濾機、3臺盤式過濾機,綜合水分含量為9.5%的模式運行,年可以節(jié)約成本380.78萬元+0.02×220萬噸(年精礦量按220萬噸測算)=385.18萬元。

        2.3 優(yōu)劣勢分析

        使用陶瓷過濾機優(yōu)勢在于:

        陶瓷過濾機裝機功率是同型號真空盤式過濾機裝機功率的30%~40%,脫水能力強、水分控制穩(wěn)定,綜合運行成本低。

        然而,在生產(chǎn)實驗過程中也發(fā)現(xiàn)了陶瓷過濾機的不足之處:

        陶瓷過濾機濾餅厚度從生產(chǎn)周期開始運行時的12 mm可衰減到停機清洗時的4 mm左右,運行周期約6 h,有時只有5 h左右,處理量衰減明顯。需要在今后生產(chǎn)過程中加以改善。

        3 結(jié)論

        (1)通過方案研究與比選,選用了更新5臺陶瓷過濾機的方案,形成了正常生產(chǎn)時采用3臺盤式過濾機、4臺陶瓷過濾機的工藝配置;

        (2)當(dāng)精礦粉粒度在0.045 mm以下的顆粒占比為78%~82%時,采用比選出的方案進行過濾后,精礦水分含量為9.60%~9.76%,能夠直接滿足9.4%~9.8%的球團精礦水分含量要求;

        (3)陶瓷過濾機比原有盤式過濾機單位成本低0.12元/噸精礦,且可節(jié)省后續(xù)烘干系統(tǒng)費用,比選后的方案年節(jié)約成本385.18萬元;

        (4)陶瓷過濾機在操作、工藝設(shè)計等方面比原有盤式過濾機穩(wěn)定,因此采用陶瓷過濾機對超細(xì)粒度精礦粉進行水分含量控制有明顯優(yōu)勢。

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