Опорний конспект лекцій по дисципліні

Опорний конспект лекцій по дисципліні

„Брикетування та окускування

продуктів збагачення і сировини”

(для студентів спеціальності 05.05030301,

„Збагачення корисних копалин”)

 

ТЕМА №1

ВВЕДЕННЯ В КУРС “ОГРУДКУВАННЯ ПРОДУКТІВ”

 

Питання, що виносяться на лекцію:

Сутність та призначення процесів грудкування, вимоги до вугільних брикетів, класифікація корисних копалин за здатністю до брикетування, зв’язуючі речовини і вимоги до них, складові процесу брикетування.

Сутність та призначення процесів огрудкування

Ощадливе та раціональне використання сировини у всіх галузях народного господарства є важливою умовою зростання промислового виробництва. Одним із прогресивних методів скорочення втрат, підвищення якості та поліпшення ефективності використання матеріальних ресурсів є огрудкування.

Огрудкування – це процес перетворення дрібнозернистих корисних копалин та відходів виробництва в кусковий продукт за рахунок механічних і (або) термічних впливів з використанням спеціальних домішок або без них. Використовується три різновиди процесу огрудкування: агломерація, обкатування та брикетування.

Агломерація - термічний спосіб огрудкування дрібних руд, концентратів і колошникового пилу шляхом їх спікання при нагріванні. Обкатування - процес огрудкування зволожених тонкоподрібнених матеріалів (60-80% класу -0,044 мм), заснований на здатності їх при перекочуванні утворювати гранули сферичної форми (окатиші) без застосування безпосереднього тиску.

Брикетування -процес механічної переробки тонкозернистих і порошкоподібних корисних копалин, їх концентратів і відходів виробництва, який дозволяє одержати механічно і термічно міцний сортовий продукт - брикет, що має певну геометричну форму, розміри й масу. Утилізація тонкозернистих корисних копалин, можливість одержання з них високоякісної продукції для побутового й промислового споживання - головне призначення брикетування.

Брикети використовуються у вугільній, коксохімічній, металургійній, хімічній та іншій галузях промисловості, а також як побутове паливо.

Залежно від властивостей корисних копалин і технологічного призначення брикети повинні бути: атмосферостійкими (не руйнуватися від температурних впливів й атмосферних опадів);механічно міцними; досить пористими, що забезпечують гарна проникність газів при високих температурах горіння й плавки; с мінімальною часткою вологи, наявність якої вимагає додаткових витрати тепла на випар та утрудняє газопроникність брикетів; температуростійкими (не повинні руйнуватися від впливу високих температур горіння й плавки).

Вуглебрикетне виробництво дозволяє:

- одержувати високосортне та транспортабельне паливо поліпшеної якості;

- скорочувати втрати вугілля при зберіганні, перевезеннях і спалюванні;

- запобігати самозаймання вугілля;

- залучати для коксування додаткові ресурси неспікливих марок вугілля;

- використовувати низькоякісні місцеві види палива;

- підвищувати темпи видобутку бурого вугілля з метою їх використання для енергетики й технологічної переробки.

Використання брикетів у металургійному виробництві дозволяє:

- підвищити потужність металургійних печей за рахунок більшої насипної щільності брикетів у порівнянні з шихтою;

- забезпечити більш швидке протікання процесів відновлення;

- знизити витрати електроенергії в електросталеплавильному процесі та загальне споживання тепла;

- підвищити стабільність властивостей виплавлюваного металу з одночасним збільшенням його вилучення;

- розширити сировинні ресурси металургійного переділу за рахунок використання відносно бідних руд, недефіцитних видів палива та вуглевмісних відходів виробництва;

- поліпшити умови праці обслуговуючого персоналу.

Брикети залежно від особливостей їх виробництва і використання бувають подушкообразної, прямокутної, циліндричної, конічної форми вагою від декількох грамів до 5-10 кг.

Зв’язуючі речовини і вимоги до них

Зв’язуючими (клеями, адгезивами) називаються речовини, що здатні з'єднувати роз'єднані тверді частинки та зберігати їх міцний контакт в умовах значних зовнішніх впливів. Зв’язуючі можуть бути органічного та неорганічного походження. Зв’язуючи речовини повинні задовольняти наступним вимогам:

- мати високу поверхневу активність, максимально змочувати тверду поверхню матеріалу, забезпечуючи міцний зв'язок;

- бути стійкими до атмосферних опадів, температури, дії сонячних променів, окислюванню та т.п.;

- не руйнувати структуру субстрату в готовому брикеті;

- мати еластичні та пластичні властивості;

- мати високу міцність, але не бути жорсткіше матеріалу, що склеює. У противному випадку зовнішнє навантаження може привести до руйнування з'єднання через нерівномірну концентрацію напруг;

- не допускати виникнення в отверділих зв’язуючих високих внутрішніх напружень, здатних до руйнування клейового з'єднання;

- мати високу швидкість отвердіння;

- не містити летучих з'єднань, токсично діючих на організм людини;

- містити достатню частку спікаючих компонентів, що забезпечують термічну стійкість брикетів при горінні;

- забезпечувати повну теплостійкість брикетів при підвищених літніх і низьких зимових температурах;

- мати високу теплоту згоряння й малий вихід летучих речовин;

- мати низьку температуру запалення;

Брикетування як відособлений технологічний процес грудкування корисних копалин складається з наступних виробничих операцій:

1) підготовка сировини до пресування: дроблення, просівання, здрібнювання та сушіння; препарування зв'язучого; дозування компонентів брикетної шихти, їх змішування, нагрівання та охолодження брикетної шихти перед пресуванням;

2) пресування брикетної шихти з додатком необхідних зусиль, обумовлених залежно від фізико-хімічних властивостей, петрографічного та мінерального состава брикетуємого матеріалу;

3) обробка «сирих» брикетів з метою найшвидшого їх затвердіння (охолодження, пропарювання, карбонізація, сушіння, відновлювальний випал та ін.);

4) складування і навантаження готових брикетів.

По призначенню вугільні брикети бувають побутові і промислові. Основним споживачем побутових брикетів є населення, яке одержує їх у насипному виді або розфасованими в мішки невеликої маси. Для додання побутовим брикетам підвищеної термічної і механічної міцності, а також бездимності їх піддають термообробці. Промислові брикети використовують як сировину для напівкоксування (буре вугілля) і коксування (кам'яне та буре вугілля). Кам'яновугільні брикети можуть виконувати функцію теплоізоляційного матеріалу та основної сировини для одержання різних видів електродів.

Контрольні питання.

1. Сутність та призначення процесів огрудкування.

2. Вимоги до вугільних брикетів.

3. Переваги використовування брикетування у вугільній промисловості та металургії.

4. Класифікація корисних копалин та відходів виробництва за здатністю до брикетування.

5. Вимоги до органічних зв’язуючих.

6. З яких операцій складається технологічна схема вуглебрикетного виробництва.

ТЕМА № 2

ТЕМА № 3

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ БРИКЕТУВАННЯ З ЗВ’ЯЗУЮЧИМ

 

Питання, що виносяться на лекцію:

Адгезія та її роль в процесі брикетування, поняття роботи адгезії, рівняння Дюпре-Юнга для визначення роботи адгезії, сутність молекулярної теорії адгезії, когезія зв’язуючого та її вплив на міцність брикетів, структура плівок зв’язуючого на твердій поверхні, аутогезія тонких плівок зв’язуючого та її роль в процесі брикетування, механізм утворення брикетів.

ТЕМА № 4

ОСНОВНІ ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА

БРИКЕТУВАННЯ ВУГІЛЯ ЗІ ЗВ’ЯЗУЮЧИМ

 

Питання, що виносяться на лекцію:

Вплив на процес брикетування фізико-хімічних характеристик субстрату, властивостей зв’язуючого, тиску пресування, охолодження брикетів.

Властивості зв’язуючого

Природа зв’язуючого. Провідна роль у формуванні структури брикетів належить зв’язуючому. Основними технологічними властивостями зв’язуючих слід вважати клейову здатність і когезію.

Клейова здатність зв’язуючих насамперед залежить від їх поверхневої активності. Наявність активних функціональних груп - надійне джерело виникнення міцних адгезійних зв'язків. Особливо ефективна їх роль, коли їх частка в зв’язуючому досягає 2-3%. Такі угруповання індивідуальних ПАВ сприяють активному змочуванню та адсорбції зв’язуючих. Тип хімічних компонентів і наявність індивідуальних ПАР впливають на інтенсивність внутрішньомолекулярних зв'язків, що визначають когезію зв’язуючих.

Температура зв’язуючих. Температура зв’язуючих також впливає на процес структуроутворення. Насамперед вона позначається на дисперсності, змочуваємості, пластичності суміші та механічній міцності брикетів.

Тонкошарове розтікання зв’язуючих тісно пов'язане з їх дисперсністю, що обумовлює якісне покриття зв’язуючим поверхні твердих зерен. Розпилення зв’язуючого залежить від його температури. Остання визначає в'язкість, що впливає на час розпаду та розмір крапель, що утворюються. Підвищення в'язкості веде до утворення великих крапель.

Розмір крапель має важливе значення. Великі краплі хоча і створюють більш товсті клейові плівки, але мають у момент контакту більшу температуру. Вони краще розтікаються по твердій поверхні. Дуже дрібні краплі швидко охолоджуються та погано розтікаються по поверхні.

Найкращий ефект розпилення досягається тоді, коли в'язкість відповідає в'язкості ньютоновської рідини. Цьому стану відповідає температура гранично зруйнованої структури. Зв’язуюче в такому стані під дією аеродинамічних зусиль, створюваних у соплі форсунки-розпилювача, розпадається на дрібні краплі.

Температура зв’язуючих сприяє поліпшенню пластичності брикетної суміші в процесі пресування. Чим вона пластичніше, тим рівномірніше розподіляється тиск у повному обсязі, ефективніше відбувається заповнення порожнеч структурного каркаса брикетів об'ємним шаром зв’язуючого.

Температура зв’язуючих впливає на охолодження готових брикетів. Максимальна механічна міцність брикетів досягається при температурі, коли зв’язуючі перебувають у склоподібному стані.

Вологість зв’язуючих. Волога в зв’язуючому негативно впливає на структуроутворення. Нагріте зв’язуюче енергійно поглинає воду, особливо якщо в ньому втримується хоча б незначна кількість водорозчинних речовин. Вода розчиняє солі і утворює всередині сферичні крапельки. Обводнене зв’язуюче здатно прилипати до твердих зерен. При цьому первинні контакти можуть бути дуже міцними, тому що поверхня плівки звичайно безводна. Поступово вода дифундує із глибиних шарів до границі розподілу фаз. Досягнувши твердої поверхні, вона витісняє плівку зв’язуючого. Склеєна система руйнується.

Товщина плівки зв’язуючого. Дуже важливу роль у забезпеченні ефективного структуроутворення брикетів грає товщина клейової плівки. Зменшення товщини плівки зв’язуючих збільшує когезію і адгезію. У тонких клейових плівках досягається максимальний орієнтаційний ефект, мінімальні післяусадочні тангенціальні напруги, мало дефектів і тріщин. Товщина плівки залежить від хімічної природи зв’язуючих, характеру розпилення, температури і інтенсивності перемішування з корисними копалинами. Наявність у зв’язуючих індивідуальних ПАР створює хороші умови для тонко шарового розтікання по твердій поверхні.

Збільшення питомої поверхні зерен та їх числа сприяє тоншанню клейової плівки. Цьому також сприяє мілкодисперсний склад зв’язуючого.

Товщина клейової плівки багато в чому залежить від в'язкості зв’язуючих вмомент контакту із брикетуємим матеріалом. Максимальний ефект досягається, коли вона близька до в'язкості ньютоновскої рідини. Перемішування створює посилене тертя між клейовими плівками і твердими зернами, підвищуючи плинність зв’язуючих. Сполученням енергійного тертя та високих температур при змішанні можна забезпечити додаткове тоншання плівки. Товщина плівки залежить також від витрат зв’язуючого.

Тиск пресування

У процесах структуроутворення брикетів велика роль тиску пресування. З додатком тиску пресування пухка брикетна суміш перетворюється в міцний грудковий продукт - брикет. Деформуємість брикетної суміші під час пресування є функцією пластичності.

Під пластичністю розуміють здатність брикетної суміші змінювати свою форму під впливом зовнішніх сил без утворення тріщин і зберігати отриману форму після припинення дії цих сил. Зі збільшенням температури суміші пластичність зростає. Забезпечується висока брикетна здатність суміші при пресуванні.

Оцінюючи процес ущільнення брикетної суміші аналогічно струшуванню, його можна представити в такий спосіб. Спочатку відбувається швидка усадка. Потім вона сповільнюється і в міру ущільнення суміші наближається до граничної величини. Першими ущільнюються верхні шари, що перебувають ближче до місця тиску. Далі починають ущільнюватися наступні шари. Тиск пресування поширюється хвилеподібно, зменшуючись у глибину брикету. Ущільнення припиняється внаслідок погашення тиску від місця порушення. Це відбувається винятково через посилення тертя між частинками в результаті наростання зусиль.

Фізична сутність процесу пресування полягає в пластичній деформації матеріалу, що піддається обробці. Деформація в загальному випадку полягає в зсуві однієї частки матеріалу щодо іншої. Пластична деформація протікає, коли деформуюче зусилля змушує матеріал текти, подібно рідини. Для розрахунку пластичної деформації найбільше прийнятно наступне рівняння:

де F - деформуюча сила, Н; S - поверхня зрушення, на яку вона діє, м²; N - гранична напруга зрушення, Па; h- в'язкість, Па×с; dv/dh - градієнт швидкості руху частинок.

Якщо швидкість росту напруги велика в порівнянні зі швидкістю залишкової деформації, то деформація відстає від напруги. Це пов'язане з тим, що між напругою і внутрішнім тертям не встигає встановитися рівновага. У брикетній масі деформація помітно відстає від напруги. З'являються пружні сили, які компенсують різницю між напругою й тертям. Ці сили, названі внутрішнім напруженням, після зняття зовнішніх зусиль викликають пружний наслідок або релаксацію.

Після зняття тиску відбувається нерівномірне розширення брикету. Різнорідні матеріали - субстрат і зв’язуюче - по різному сприймають пружні деформації та неоднаково відновлюються. Виниклі розтяжні зусилля протилежні за знаком зусиллям, що здавлюють. Тому брикет перетерплює деяке розширення. Розтяжні зусилля діють поступово, проявляючись у міру виходу брикету із преса. Спочатку вони спрямовуються тільки в одному напрямку, вирівнюючись у процесі видавлювання брикету з матриці. Такий розподіл зусиль негативно впливає на міцність. Особливо, коли пресування іде при високих тисках. Негативна дія пружних деформацій приводить до виникнення в клейових плівках додаткових внутрішніх напружень, що послабляють міцність брикетів.

Охолодження брикетів

Структурна міцність брикетів остаточно здобувається в процесі охолодження. Вихідний із преса брикет має температуру, близьку до температури розм'якшення зв’язуючого. Зниження температури досягається перебуванням брикетів в атмосфері подаваного примусово або природно повітря. В цей період зв’язуючі відновлюють свою структуру до значень максимальної когезії. Інтенсивність охолодження брикетів пропорційна відношенню об’єму до поверхні охолоджуваних брикетів. Чим вище це відношення, тим повільніше відбувається охолодження. Розміри брикетів та їх число, що доводиться на одиницю площі охолоджувального пристрою, визначають кінцевий результат охолодження.

На охолодження впливають вологість і витрати зв’язуючого. При високій вологості в процесі охолодження відбувається інтенсивний випар. Виникаючі в брикетах тріщини викликають падіння їх міцності. Залежно від місця зосередження вологи тріщини можуть бути поверхневі або внутрішні. Останні дуже згубно позначаються на міцності брикетів.

Швидкість охолодження перебуває в прямої залежності від витрат зв’язуючого. Якщо зв’язуючого в брикеті мало, то охолодження іде швидко. Температура падає майже з однаковою швидкістю в усьому об’ємі брикету. Якщо ж вміст зв’язуючого високий, то температура знижується повільно і нерівномірно. Поверхневі шари брикету охолоджуються порівняно швидко, а внутрішні - тривалий час.

Контрольні питання.

1. Вплив на процес брикетування гранулометричного складу субстрату.

2. Вплив на процес брикетування температури, вологості та природи субстрату.

3. Вплив на процес брикетування властивостей зв’язуючого.

4. Вплив на процес брикетування тиску пресування та охолодження брикетів.

 

 

ТЕМА № 5

 

Підготовка вугілля

Крупність вугілля визначає ущільненість брикетів. Правильний вибір гранулометричного складу сприяє високій міцності брикетів при мінімальних витратах зв’язуючого. Оптимальний ситовий склад для вугілля крупністю 0-6 мм повинен відповідати наступному співвідношенню класів: більше 6 мм 2-3 %, 3-6 мм 28-30 %, 1-3 мм 30-32 % та 0-1 мм 38-42 %. Для вугілля крупністю 0-3 мм вміст класу більше 3 мм повинен становити 5-10 %, 1-3 мм 45-50 % та 0-1 мм 40-45 %.

Великий вміст вугільних зерен крупніше 6 мм викликає утворення великих пор в структурі брикету і приводить до збільшення витрат зв’язуючого. Крім того, такі частки під впливом високих тисків пресування піддаються порівняно легкому розтріскуванню з утворенням поверхонь, непокритих зв’язуючим.

Для підготовки вугілля його класифікують на грохотах з наступним дробленням надрішітного продукту. Для класифікації використовують вібраційні і резонансні грохоти. У випадку поділу вологого вугілля по крупності 3 мм грохоти обладнають ситами з електрообігріванням. При розсортовуванні такий матеріал варто змішувати із сухим вугіллям. Можливе його попереднє підсушування, або додавання в дробарку гарячих газів. Для дроблення вугілля використовують як правило, швидкохідні молоткові дробарки.

Зневоднювання та нагрівання вугілля є обов'язковим технологічним етапом його підготовки. Він здійснюється за допомогою термічного сушіння. Сушіння дозволяє видалити з поверхні вологого вугілля гідратну плівку та нагріти вугілля, і тим самим поліпшити його змочуваємість зв’язуючим, забезпечити міцний внутрішній зв'язок вугільних частинок у брикеті. Оптимальний вміст вологи після сушіння складає 2-3 %. Залишкова волога, концентруючись у порах і тріщинах вугілля, дозволяє запобігти дифузійному проникненню в них низьков’язкого зв’язуючого. Вона не має шкідливого впливу на процес зчеплення вугілля та зв’язуючого.

В результаті сушіння вугілля одночасно нагрівається до 60-80°С. Нагрівання сприяє тонкошаровому розподілу зв’язуючого на вугільній поверхні.

Сушіння вугілля здійснюється в трубах-сушарках, барабанних сушарках або сушарках “киплячого шару”. Як показала практика, для брикетування кам'яного вугілля і антрацитів найбільш ефективна труба-сушарка. Вона відрізняється високою продуктивністю по випаруваній волозі, інтенсивністю сушіння та швидким нагріванням вугілля. Одночасно труба-сушарка може забезпечувати пневмотранспорт сухого матеріалу до місця змішання його з зв’язуючим. Це зберігає високу температуру вугілля, виключає можливість проникнення у виробничі приміщення пилу. У трубі-сушарці здійснюється контрольна сепарація по верхній межі крупності, що виключає присутність у сушонці надлишкових зерен. В процесі сушіння вугілля нагрівається до 60-80°С, а вміст вологи в ньому знижується до 1-1,5 %.

Підготовка зв’язуючих

Для брикетування кам'яного вугілля і антрацитів застосовують органічні зв’язуючі в рідкому та твердому стані. Найбільше поширення одержало нафтозв’язуюче, яке використовується в рідкому виді. Рідше використовується тверде зв’язуюче - кам'яновугільний пек. Рідка сульфіт-спиртова барда, тверді глини і цемент використаються порівняно мало, в основному як модифікуючі добавки. Зв’язуюче в рідкому виді має ряд переваг у порівнянні із твердим адгезивом. Воно легко диспергується, утворюючі тонкоплівкове покриття на вугільній поверхні. При цьому знижуються витрати зв’язуючого та поліпшується підготовка брикетної суміші.

Для підготовки рідких зв’язуючих, зокрема нафтозв’язуючих, можливі два технологічних варіанти. У першому випадку використовується схема підготовки зв’язуючого, виготовленого на нафтопереробному заводі. У другому - схема, що включає підготовку нафтозв’язуючого безпосередньо на брикетній фабриці.

На діючих брикетних фабриках більш поширена схема першого варіанту. За цією схемою на брикетну фабрику з нафтопереробних заводів прибуває кондиційне зв’язуюче в залізничних піввагонах або цистернах. Піввагони являють собою чотиривісні залізничні платформи, на яких установлені чотири самоперекидних бункери місткістю 10 т кожний. Для зливу нафтозв’язуючого вони обладнані паровою сорочкою (подвійними стінками).

Нафтозв’язуюче (див. рис. 5.2) вивантажується із залізничних ємностей 6 у спеціальні сховища. Місткість резервуарів становить не менш 15-20 добового запасу зв’язуючого. Сховища виконуються у вигляді окремих відсіків 5. Кожен відсік являє собою залізобетонну ємність (іноді металеву) місткістю 500-1000 м³ із шиферним навісом, що запобігає дії атмосферних опадів.

У відсіку встановлений донний обігрів з паровими трубчастими змійовиками, що забезпечують нагрівання зв’язуючого до 100-110°С. Додатково відсік обладнується барботажною паровою системою яка змучує опади, що накопичуються на дні. У торці відсіку є невеликий прийомний збірник 4 з пов'язаними з ним шестерними насосами 3. Розігріте зв’язуюче, що надійшло в прийомний збірник, насосом подається у видаткову ємність 2,а з неї паровим високотисковим насосом 1 у трубчасту піч 9, де зв’язуюче нагрівається до температури 220-230°С. Із трубчастої

 

 

 

 

печі зв’язуюче повертається у видаткову ємність, де змішується з «холодним» зв’язуючим, що надходить зі сховища. Такий технологічний прийом дозволяє заощаджувати тепло трубчастих печей, швидко збезводнювати “холодне” зв’язуюче та знижувати його температуру до оптимальних робочих значень (180-200° С).

Зв’язуюче, що має робочу температуру 180-200° С, з видаткової ємності високотисковим паровим насосом подається по кільцевому трубопроводу до форсунок-дозаторів 8 для змішування з вугіллям. Надлишок зв’язуючого повертається знову у видаткову ємність. Для створення необхідного підпору зв’язуючого перед форсунками на вихідній ділянці кільцевого трубопроводу встановлюється регулювальна засувка 7.

Другий варіант схеми підготовки рідких зв’язуючих - виготовлення їх безпосередньо на брикетних фабриках. Він має ряд переваг. Спрощується технологія зливу і розігріву вихідної сировини. Поліпшується якість зв’язуючого за рахунок скорочення його багаторазових нагрівів і перекачувань. Здешевлюється вартість зв’язуючих.

Найбільш простим і дешевим є безкомпресорний метод. Цей метод заснований на ефекті всмоктування повітря шляхом диспергування його відцентровим імпелером в середовищі сировини, що окислюється. Технологічна схема прийому сировини аналогічна схемі прийому готового зв’язуючого, описаної вище. Підготовлена до окислювання сировина надходить у реактор. Реактор (рис. 5.3) являє собою горизонтальний п’ятисекційний апарат. Він обладнаний імпелерами для диспергування повітря в рідкій фазі. П'ять робочих секцій по своїх розмірах і технологічному виконанню ідентичні. Остання секція є буферною ємністю перед відкачкою готового зв’язуючого. Секції відділені друг від друга гідравлічними затворами. У кожній робочій секції 6 установлюється диспергатор з електроприводом 3. Частота обертання диспергатора 750 хв^-1. В зону окислювання повітря надходить безпосередньо через диспергатор з використанням ежектора 2. Подача сировини здійснюється через патрубок 1, видача - через патрубок 5. Для зняття надлишкового тепла екзотермічної реакції в кожну секцію подається вода. Рівень рідини в реакторі регулюється за допомогою шибера 4 в останній секції. У реакторі передбачені спеціальні пристрої для термопар 7 і відбору проб 8.

Процес окислювання відбувається в такий спосіб. Диспергатор, обертаючись, засмоктує повітря у фазу гарячої сировини. Створюються умови тісного контакту з рідким середовищем, що прискорює процес окислювання за рахунок максимального використання кисню повітря. В процесі окислювання відбувається швидкий підйом температури в секціях до 300-320° С. Для підтримки постійної температури в реактор подається вода. Пари води і газу відокремлюються в сепараторі від конденсату нафтопродуктів (віддува), що повертається для доокислення в п'яту секцію реактора. Відпрацьовані гази спалюються. Рівень регулюється шибером, встановленим після останньої робочої секції.

Пресування

Для ущільнення брикетної суміші застосовують вальцьові преси, що розвивають тиск пресування 20-50 МПа. Вальцьовий прес являє собою апарат, що складається з живильника-завантажника (розподільна чаша), валків з бандажними кільцями і станини з розміщеною на ній системою гідравлічного стиску валків.

Розподільна чаша (рис. 5.5) служить для рівномірного завантаження валків преса брикетною сумішшю. Вона являє собою циліндр 1 з листової сталі місткістю 0,5-1 м³. У днищі чаші над кожною парою валків є отвори 4. Через них брикетна суміш надходить у камеру завантаження перед пресуванням. Всередині чаші із частотою 26-30 хв^-1 обертається чотирилопастна мішалка 3, що розподіляє брикетну суміш по отворах 4. Ступінь відкриття завантажувальних отворів у чаші регулюється засувкою з ущільнюючою дошкою 2. Вона переміщається в напрямних за допомогою металевих тяг, кінці яких проходять через передню стінку вальцьового преса. Просування тяг здійснюється обертанням регулювальних маховичков 5. Для регулювання подачі брикетної суміші по ширині валків, що пресують, під чашею в камері завантаження встановлені планки-відбивачі 6.Їх переміщення здійснюється за допомогою гвинтів.

Для брикетування руд (рідше вугілля) брикетну суміш подають на валки за допомогою живильників-ущільнювачів різних конструкцій. Вертикальний шнековий підпресовщик при обертанні ущільнює й проштовхує брикетну суміш до місця завантаження валків.

Хороші результати наступного пресування досягаються у випадку застосування валкових ущільнювачів (рис. 5.6). Готова брикетна суміш із завантажувального бункера 4 надходить у простір двох обертовий друг проти друга гладких валків 3. М атеріал акумулюється в бункері 2, з якого він вивантажується під дією сил ваги і тертя обертових валків 1.

Вальцьовий прес (рис. 5.7) являє собою зварену станину 10, виконану з товстолистової стали. У її бічних стінках розташовані чотири корпуси підшипників 5, на яких знаходяться валки 3. Валок складається з вала 6, двох пустотілих валів-барабанів 7, посаджених на вал 6 і шестірні. На пустотілі вали-барабани 7 одягаються бандажні кільця з виготовленими в них осередками. Форма осередку відповідає формі напівбрикету.

Бандажні кільця виготовляються у вигляді цільного пакета або окремих сегментів з високоякісних сталей з термічною обробкою після фрезерування осередків. Валки 3 одержують обертання від привода 9. Обертаючись, вони захоплюють із завантажувальної камери 4 брикетну суміш. У просторі між осередками бандажних кілець брикетна суміш спресовується. Коли осередки розходяться, з них випадає брикет. Для підтримки необхідного тиску пресування вали 6 стискуються за допомогою окремої гідравлічної системи 2. Контроль тиску пресування ведеться по манометру 1. Для регулювання ступеня стиску валків 3 використовується ручний (іноді автоматичний) насос підвищення тиску 11 гідравлічної системи 2.

У випадку влучення в міжвалковий простір сторонніх предметів або надходження високов'язкого малопластичного матеріалу прес автоматично зупиняється. Для цього на приводі валків встановлюється муфта відбору потужності 8. Залежно від продуктивності преса на валу 6 може закріплюватися один або два пустотілих вали-барабани 7 з бандажними кільцями. В першому випадку шестірня закріплюється на валу 6 з боку привода преса; у другому - між валками. Шестірні встановлюються таким чином, щоб зуби однієї були зміщені стосовно зубів іншої на півкроку. Це забезпечує плавне обертання валків. Для рівномірного розподілу тиску на вали 6 і їх опорні шарикопідшипники осередку на бандажних кільцях розташовують у шаховому порядку. Вальцьові преси обладнані автоматичним змазуванням всіх тертьових поверхонь. Серед великої різноманітності вальцьових пресів є агрегати продуктивністю від 1 до 100 т/ч

Технічні характеристики вальцьового преса

Частота обертання валків, хв^-1.................................................... 8-12

Питомий тиск пресування, Мпа........................................................20-70

Зусилля, що розвиваються пресом, МН...............................................0,8

Припустимий зазор між валками, мм....................................................1

Розміри валків, що пресують, мм:

діаметр................................................................................................1000

ширина............................................................................................ 500

Продуктивність,т/ч................................................................50

Потужність електродвигуна, квт..........................................................200

Габаритні розміри, мм:

довжина......................................................................................9000

ширина.................................................................................................5000

висота....................................................................................................7500

Маса, т.......................................................................................................54

 

В зоні обтиснення енергія вальцьового преса витрачається на подолання тертя між брикетною сумішшю та стінками прес-форм, вугільними зернами та на їх ущільнення. Додаткові опори виникають за рахунок тертя осей валків у підшипниках і зубчастій передачі. В зоні пружного розширення енергія затрачається на подолання зовнішнього тертя, що виникає при виштовхуванні брикетів з ячеєк. Ця енергія частково повертається, сприяючи зрівноважуванню опору в зоні обтиснення й обертанню валків. У цілому, енергія пружного розширення невелика. Тривалість утворення брикетів становить в середньому 0,4-0,5 с, з яких на обтиснення доводиться 0,3-0,4 с, на пружне розширення - близько 0,1 с.

ТЕМА № 6

ТЕМА № 7

Сушіння вугілля

Сушіння забезпечує необхідну залишкову частку вологи бурого вугілля, що є основним параметром при брикетуванні. Оптимальна частка залишкової вологи в бурих вугіллях, що йдуть на брикетування, становить 16-19%. Однак такий вміст вологи ще не гарантує одержання якісного брикету. Важливо визначити вологорізницю вугілля - вологість окремих класів крупності, що залежить від гранулометричного состава. Як би ретельно не здійснювався процес сушіння, вологість тонких частинок завжди набагато нижче, ніж великих. Вирівнювання вологості вугілля по класах не досягається навіть після проходження охолоджувальних пристроїв. Наявність вологорізниці в окремих класах припускає різний тиск пресування для їх ущільнення. Але тому що практично цю умову виконати неможливо, то при зберіганні готові брикети можуть стискуватися або розширюватися. Ці явища тим помітніші, чим більше вологорізниця по класах крупності. Для створення умов зниження вологорізниці рекомендується зерна крупніше 3 мм після сушіння відсівати, подрібнювати і додатково сушити.

Вирівнювання вологорізниці можливо без додаткового сушіння. Для цього сухе вугілля крупніше 3 мм дробиться до 1 мм і ретельно перемішується із класом 0-3 мм. В процесі дроблення гарячих крупних зерен значна частина вологи випаровується, що приводить до зникнення вологорізниці у дробленому матеріалі. Одночасно цей метод дозволяє оптимізувати гранулометричний склад брикетитуємого вугілля. Поліпшується якість брикетів.

Для зниження вологорізниці можливе застосування зрошення водою дрібних класів. Однак цей метод не позбавлений недоліків: вода погано змочує пересушене дрібне вугілля. Введення шламової води, хоча і поліпшує змочування, але вона випаровується в основному з поверхні крупних зерен. Зрошення водою сприяє підвищенню міцності брикетів і зниженню пилоутворення при транспортуванні гарячого вугілля.

Крім перерахованих існує метод зниження вологорізниці по класах крупності шляхом обробки сухого вугілля перегрітою парою.

Для сушіння бурого вугілля застосовують парові сушарки, які забезпечують більш м'який термічний вплив на вугілля, чим газові. До основних типів парових сушарок відносяться трубчата барабанна та тарілчата сушарки.

Трубчата барабанна сушарка (див. рис. 7.2 й 7.3) являє собою циліндричний, розташований під кутом 7-12^о, що обертається, барабан діаметром 2,5-3 м і довжиною 7-8 м.

На торцях барабана закріплені трубні решітки 10 й 14 (див. рис. 7.3), у які ввальцовані сушильні трубки 12 із внутрішнім діаметром 95-108 мм. Сушильні трубки розподілені рівномірно по шести секторах всієї поверхні трубних решіток. Число трубок коливається в межах 600-1580 залежно від типорозміру сушарки. До передніх трубних решіток кріпиться зубчастий вінець 20, за допомогою якого здійснюється обертання барабана сушарки. Пара в сушарку подається по трубі 18 і центральну трубу 13. Остання має отвори, пов'язані з міжтрубним простором. Конденсат збирається в нижній частині барабана в збірниках 2. Для збільшення заповнення і поліпшення процесу сушіння кожна трубка забезпечується спіральними вставками 11 зі змінним кроком, що убуває до розвантажувального кінця сушарки. Зменшуваний по довжині трубки крок спіралі сприяє гальмуванню висушеного матеріалу при одночасному зниженні вологовіддачі. Спіральна вставка має довжину 7 м і встановлюється на відстані 1 м від передньої частини трубок. Це сприяє більшому надходженню матеріалу в трубку при завантаженні.

Для забезпечення стійкого сушіння вугілля необхідно витримувати основні режимні параметри. Треба строго дотримуватися взаємозв'язоку кута нахилу та частоти обертання трубчатої сушарки. Збільшення кута нахилу при постійній частоті обертання приводить до скорочення часу сушіння та зниженню ступеня заповнення вугіллям трубок. При більших швидкостях не досягається якісне сушіння, зростає вологорізниця. Цей недолік можна усунути, установивши сушильний барабан під невеликим кутом нахилу. Найб