Перспективы модернизации рудоподготовительных отделений железорудных фабрик России Авторы:
advertisement
Перспективы модернизации рудоподготовительных отделений железорудных фабрик России Авторы: В.Ф.Баранов, В.А.Сентемова, А.О.Ядрышников (ЗАО «Механобр инжиниринг») Адрес статьи: журнал «Обогащение руд», N 2 за 2002 год. От администрации сайта: в связи с ростом стоимости электроэнергии растет актуальность разработки и внедрения в рудоподготовку высокоэффективного оборудования, с более высоким КПД, с лучшим раскрытием полезных компонентов в руде. В ряду современного оборудования для рудоподготовки все большее значение начинают играть центробежноударные дробилки. Содержание: 1.Введение 2.Новейшие разработки в оборудовании для рудоподготовки 3.Современное энерго- и ресурсосберегающее технологическое оборудование для заключительных стадий на обогатительных фабриках 4.Мероприятия по оптимизации рудоподготовки 5.Состояние технологии и оборудования отечественных дробильных фабрик 6.Варианты модернизации дробильных фабрик с целью снижения крупности дробленой руды 7.Показатели экономической эффективности внедрения энергосберегающих технологий и оборудования на железорудных фабриках России 8.Заключение 9.Литература 1.Введение На железорудных обогатительных фабриках издержки производства, как известно, в основном определяются затратами на рудоподготовку, в которых наибольшая доля приходится на энерго- и материальные ресурсы. Расход электроэнергии и измельчающей среды является функцией трех основных составляющих * технологической схемы дробления и измельчения, энергетической эффективности установленного оборудования и рациональности компоновочных решений. Как показывает практика, среди названных факторов наиболее восприимчивым к изменениям является оборудование заключительных стадий дробления [1]. В России и за рубежом уделяется большое внимание совершенствованию оборудования рудоподготовки, в первую очередь модернизации и созданию новых образцов энергетически эффективной техники для мелкого и сверхтонкого дробления (табл. 1). 2.Новейшие разработки в оборудовании для рудоподготовки Для обеспечения высокой степени сокращения и получения продукта крупностью 6-0 мм за рубежом используются центробежные дробилки Ваrmас, пресс-валковые дробилки Polycom, а также дробилки мокрого дробления типа Water Flush (WF). Дробилки отечественного производства - центробежные Титан (российский аналог дробилок Ваrmас – прим.ред.сайта)) и инерционные КИД-2200 (производства компании «Механобр» прим.ред.сайта), используемые для работы в «мокром» режиме, — находятся в стадии промышленной апробации и конструкторской доводки. К достоинствам центробежных дробилок следует отнести малую металлоемкость на единицу производительности, низкую удельную энергоемкость, отсутствие тяжелых фундаментов. * При неизменных физико-механических свойствах руды. 2 Они применяются не только при дроблении хрупких материалов и производстве щебня, но и на железорудных фабриках «Samarco» (Бразилия), LKAB (Швеция), «Hibbing» (США) — для додрабливания фракций критической крупности при самоизмельчении, Полтавском ГОКе (Украина), золоторудном предприятии «Ньюмонт-Зарафшан» (Узбекистан). Применение ударных дробилок Ваrmас на Полтавском ГОКе в четвертой стадии дробления при замене ротора через 100 ч работы, тем не менее, позволило исключить заключительную стадию измельчения, что эквивалентно снижению крупности питания мельниц первой стадии до 6-0 мм. Пресс-валковые дроблики обеспечивают более высокую степень дробления, чем любые другие дробилки. Однако опыт их эксплуатации на фабрике «Sierrita» (США) и Михайловском ГОКе выявил ряд конструктивных недостатков этих машин (в основном он связан с высоким и относительно быстрым износом дорогостоящих валков на твердых рудах – прим.ред.сайта). Кроме того, они имеют низкий коэффициент использования (50-60 %) и чувствительны к колебаниям крупности исходного питания [2]. Наметилась тенденция внедрения мокрого дробления. Дробилки мокрого дробления типа WF, имеющие коэффициент движения 0,9, способны при работе в замкнутом цикле с грохотом конкурировать со стержневой мельницей, превосходя ее в энергосбережении. Дробилки WF успешно работают за рубежом на ряде фабрик, перерабатывающих медные, свинцово-цинковые, золотосодержащие и другие руды, а также на таконитовой фабрике «Hibbing» для додрабливания гали, выделяемой при самоизмельчении (как и Ваrmас) [3, 4]. (У WF один недостаток – они очень дорогие – прим.ред.сайта). Инерционные дробилки КИД имеют специальное исполнение для работы в «мокром» режиме (КИД-2200М) при прогнозируемой крупности дробленого продукта в открытом цикле 6-0 мм. Однако данные об их эксплуатации на рудных обогатительных фабриках пока отсутствуют. Новое дробильное оборудование производства ООО «ОМЗ» — КСД-2200Т2-Д, КМД3000Т2(ТЗ)-ДП, КМД-2200Т5(Т6) — внедрено на Стойленском ГОКе, предприятии «Апатит», СП «Эрдэнэт» (Монголия). Дробилки приспособлены для встраивания в систему АСУ ТП обогатительной фабрики [5]. Техническая модернизация ряда зарубежных фабрик, в результате которой они существенно снизили расходы электроэнергии, явилась следствием энергетического кризиса 1970-х годов. Среди мероприятий, обеспечивающих ресурсосбережение на зарубежных обогатительных фабриках не только черной, но и цветной металлургии, обращают на себя внимание следующие: Таблица 1 3.Современное энерго- и ресурсосберегающее технологическое оборудование для заключительных стадий на обогатительных фабриках Оборудование Фирма, страна Дробилки серии МР для мелкого «Nordberg»*, дробления США Краткая техническая характеристика Крупность дробленого продукта — -16 мм (по 5%-ному остатку) в открытом цикле; производительность в два раза выше, чем у дробилки Symons 2135 мм при возможности 3 установки на ее фундаменте Крупность дробленого продукта — 3,5-8 мм (по 20%-ному остатку) в открытом цикле; производительность на 20-25% выше, чем у «сухих» дробилок; КИО - 90 «Svedala»*, Дробилки Швеция высокоавтоматизированы; имеют меньшую массу в сравнении с дробилками ранних модификаций при высокой пропускной способности «Krupp Крупность дробленого продукта — Polysuis», 30 % класса -0,25 Германия производительность — 1400 т/ч; крупность питания 65-70 мм; КИО > 60 % (ниже, чем у конусных) ООО «ОМЗ», Технические характеристики на Россия уровне зарубежных аналогов ООО «ОМЗ», Технические характеристики на Россия уровне зарубежных аналогов Дробилки мокрого дробления «Nordberg»*, серии Water Flash (WF-200-800) США Дробилки тысячной 2000-8000 серии Н- Пресс-валковая дробилка Polycom (максимальный типоразмер 2,45x1,4 м) Дробилки среднего дробления КСД-2200 Гр-Д и Т2-ДМ Дробилки мелкого дробления КМД-2200 Т5-Д и Т6-Д, КМД3000Т2(ТЗ) Дробилки мелкого дробления ОАО КИД-900М, КИД-1200М, КИД- «Механобр2200М Техника», Россия Дробилки ударные Ваrmас «Svedala», мелкого дробления Швеция Дробилка (мельница) ударно- «Новые центробежная Титан для мелкого технологии» дробления и сухого измельчения Способны работать в режиме мокрого дробления при номинальной крупности продукта от 6 до 3 мм Имеют значительно меньшую массу в сравнении с конусными; применяются в четвертой стадии дробления; крупность дробленого продукта - 6-0 мм и менее Конструкция близка к дробилке Ваrmас при более высокой степени дробления и низких эксплуатационных расходах * В сентябре 2001 г. произошло слияние фирм «Nordberg» и «Svedala» под эгидой «Metso» (Финляндия). 4.Мероприятия по оптимизации рудоподготовки 1) снижение крупности исходного питания, поступающего на фабрику, за счет интенсивного ведения буровзрывных работ. Уменьшение крупности исходного куска до 1100-1000 мм позволяет устанавливать в голове схемы дробления дробилки диаметром 13701220 мм, обеспечивая в крупнодробленой руде содержание класса -150 мм 80 % и уменьшая в итоге затраты на последующее среднее и мелкое дробление. Это способствует не только снижению энергозатрат на фабрике, но и повышению скорости погрузочных работ в карьере, а также уменьшению износа дорогостоящих конвейерных лент магистральных транспортеров. Технология буровзрывных работ за рубежом направлена на получение оптимальной кусковатости взорванной массы; 4 2) замена дробильного оборудования более энергетически эффективным; 3) додрабливание трудных классов (в схеме самоизмельчения) в дробилках Ваrmас и WF и доизмельчение промпродуктов в вертикальных мельницах. Немаловажными факторами, определяющими крупность дробленой руды, являются: крупность исходного питания, получаемого из узла первичного дробления; наличие складов крупнодробленой руды, обеспечивающих бесперебойное питание дробилок второй и третьей стадий усредненной по качеству рудой, что способствует повышению коэффициента использования оборудования; а также автоматизации работы дробилок. Постоянный рост цен на энергоресурсы в Pocсии делает задачу снижения энергоемкости отечественных обогатительных фабрик особенно актуальной. 5.Состояние технологии и оборудования отечественных дробильных фабрик На отечественных фабриках, перерабатывающие тонковкрапленные магнетитовые руды, применяются две принципиальные схемы дробления (рис. 1): четырехстадиальная (ОАО «Ванадий», секции 1, 2, и Михайловский ГОК) и трехстадиальная с замкнутым циклом в последней стадии. (ОАО «Карельский окатыш» и Стойленский ГОК). Дробильные комплексы ОАО «Ванадий» (секции 1 и 2) и Михайловского ГОКа повторяют проектные решения известной американской таконитовой фабрики «Eri», где впервые была применена четырехстадиальная схема дробления. Однако позднее ни на одной крупной фабрике за рубежом эта схема не использовалась. К сожалению, в границах бывшего СССР дорогостоящее и малоэффективное решение узла первичного дробления с поддрабливанием успело достаточно широко растиражироваться: оно было принято в проектах фабрик Соколовско-Сарбайского, Коршуновского, Ингулецкого (№ 1), Южного (№ 2), Михайловского и Новокриворожского (№ 1) ГОКов. Схема замкнутоциклового дробления при крупности питания стержневых мельниц 18-0 мм является наиболее рациональной с точки зрения энергопотребления, что подтверждается как теорией измельчения, так и данными мировой практики эксплуатации фабрик черной и цветной металлургии конца 1970-х годов, а также рекомендациями фирмы-изготовителя дробильно-размольного оборудования «Svedala». Принятая в проекте отделения среднего и мелкого дробления ОАО «Карельский окатыш» схема без предварительного грохочения перед второй стадией и с раздельными операциями предварительного и поверочного грохочения в третьей стадии в полной мере отвечала специфике переработки магнетитовых кварцитов, учитывала опыт проектных решений лучших зарубежных аналогов того времени и обеспечивала минимум издержек на транспорт циркулирующей нагрузки. Установленные во второй и третьей стадиях дробления отечественные агрегаты диаметром 3000 мм обеспечили в замкнутом цикле запроектированную крупность, минимально возможную для этих дробилок, -18 мм, что хорошо увязывалось со схемой трехстадиального измельчения со стержневыми мельницами в первой стадии. Дробилки КСД и КМД-3000 Уральского завода тяжелого машиностроения были самыми крупными в мире, однако в зарубежной практике агрегаты подобного типоразмера так и не 5 получили применения*. На обогатительной фабрике Стойленского ГОКа основные схемные и компоновочные решения дробильного отделения аналогичны проекту КСМД фабрики ОАО «Карельский окатыш». Крупность мелкодробленой руды после замкнутого цикла по проекту составляет 18-0 мм. Однако в первой, а также второй и третьей стадиях измельчения здесь установлены шаровые мельницы Новокраматорского завода МШЦ-5500х6500, что для первой стадии измельчения при крупности питания 18-0 мм, по современным представлениям, не является оптимальным. Для шаровых мельниц оптимальная крупность питания не должна превышать 12-0 мм. Применение шаровых мельниц на руде крупностью 18-0 мм приводит к большему по сравнению со стержневыми мельницами расходу электроэнергии, шаров и футеровки (рис. 2). Очевидно, что для снижения крупности дробленой руды необходим контроль ширины разгрузочных щелей дробилок. Однако состояние оборудования, особенно дробилок мелкого дробления, не всегда позволяет устанавливать необходимые размеры щелей. На отечественных фабриках работают дробилки, 80-90 % которых имеют срок эксплуатации выше нормативного. Следует отметить, что в отличие от отечественной практики за рубежом подбор параметров дробилки (эксцентриситета, мощности привода) ведется применительно к конкретной руде. Как показывают экспериментальные данные, для снижения крупности дробленой руды и расхода электроэнергии на действующих отечественных и зарубежных дробильных фабриках могут быть рекомендованы: - использование более дешевой энергии взрывной отбойки в карьере, усреднение руды в карьере, внедрение комплексной системы управления качеством руды; - максимальное использование регулируемых приводов дробилок с правильным выбором силы тока и мощности двигателя с учетом их КПД и cos, что позволит снизить энерогопотребление на 15-20 %; - замена изношенных дробилок дробилками с дистанционным регулированием разгрузочных щелей, что позволит перевести дробильные цеха на работу в автоматическом режиме; - применение центробежно-ударных дробилок типа Barmac (российский аналог – Титан) в четвертой стадии дробления. 6.Варианты модернизации дробильных фабрик с целью снижения крупности дробленой руды С целью определения оптимальной крупности мелкодробленой руды на примере ряда железорудных фабрик оценивались следующие варианты ее снижения: 1) замена существующих конусных дробилок мелкого дробления более совершенными отечественными несколько большей производительности, позволяющими получать в открытом цикле продукт крупностью 16-0 мм, в замкнутом цикле - 12-0 мм; 2) установка импортного оборудования большей производительности, обеспечивающего крупность дробленого продукта в открытом цикле 16-0 мм, в замкнутом 12-0 мм; 3) применение инерционных дробилок КИД там, где они подходят по производительности; 4) установка более эффективного дробильного оборудования, обеспечивающего снижение крупности дробленой руды до 6-0 мм (дробилки типа WF, На предприятии «Эрдэнэт» при использовании дробилки КМД-3000Т2-ДП в автоматизированном режиме с дистанционным регулированием щели достигнута производительность 340-350 м³/ч при разгрузочной щели 910 мм. Крупность дробленого продукта составила 15-16 мм по 5-процентноиу остатку. * 6 Barmac, Титан). Методика оценки заключалась в определении высвобождаемых объемов мельниц при условии сохранения качества получаемых на фабриках концентратов. Использовались данные генеральных опробований 1998-2000 гг., материалы научно-исследовательских работ, отчетные технико-экономические данные ГОКов, чертежи дробильных и обогатительных фабрик и другие материалы. На основании полученных данных рассчитана технико-экономическая эффективность снижения крупности дробленой руды. Для технико-экономической оценки приняты дробилки КМД-2200Т5Д (ОАО «Ванадий» и Михайловский ГОК) и 3000Т2-ДП (ОАО «Карельский окатыш» и Стойленский ГОК) и короткоконусные дробилки фирмы «Nordberg» MP-1000 (ОАО «Карельский окатыш» и Стойленский ГОК). Применение инерционных конусных дробилок КИД-2200 оценивалось на примере ОАО «Ванадий». С учетом данных мировой практики дробления для получения руды крупностью 6-0 мм выбраны следующие дробилки: для четвертой стадии дробления ударные типа Barmac или Титан, для третьей стадии агрегаты мокрого дробления WF в замкнутом цикле. В схемах дробления и обогащения руды ОАО «Карельский окатыш» и ОАО «Ванадий» дробилки Barmac или Титан предполагается установить после КМД (четвертая стадия дробления), а на разгрузке дробилки Barmac или Титан— сухую магнитную сепарацию (CMC). Вследствие нагрева руды при ударном дроблении до крупности 6-0 мм сухая сепарация будет осуществляться более эффективно. Установка дробилок мокрого дробления WF-500 и WF-800 проработана для ОАО «Карельский окатыш» и Стойленского ГОКа, a WF-400 - ОАО «Ванадий». Их применение на действующих фабриках связано с необходимостью встраивания в схему цепи аппаратов главного корпуса непосредственно перед мельницами, что по конструктивным и стоимостным (минимум капитальных вложений) соображениям возможно только на Стойленском ГОКе и в ОАО «Ванадий». В ОАО «Карельский окатыш» установка дробилок WF-500 по условиям компоновки возможна только в открытом цикле, что согласно технико-экономическим расчетам не дает ощутимых выгод при снижении крупности питания мельниц с 15 до 12 мм. Компоновочными решениями во всех случаях предусматривается возможность работы мельницы на руде существующей крупности при остановке ударной дробилки для замены ротора. Для повышения надежности работы сопрягаемых с мельницей песковых насосов и гидроциклонов, а также повышения эффективности измельчения разгрузочные бутары мельниц предлагается оснастить устройствами фирмы «Eriez magnetics» (США) для извлечения железного скрапа из слива мельниц. В расчетах экономической эффективности учтено снижение расхода энерго- и материальных ресурсов за счет уменьшения крупности питания мельниц, эквивалентное исключению из эксплуатации мельниц третьей стадии полностью или частично, а также снижение нагрузки на мельницы второй и третьей стадий измельчения в случае увеличения выхода хвостов в первой стадии мокрой магнитной сепарации (ММС), сокращение расхода электроэнергии, футеровки, мелющих тел, затрат на ремонт и т. д. При применении дробилок типа WF дополнительно исключаются расходы, связанные с эксплуатацией существующего парка дробилок мелкого дробления. При снижении крупности питания рудных мельниц улучшаются условия эксплуатации 7 мощных хвостовых грунтовых насосов типа 28ГрТ, резко снижаются расходы на запчасти и ремонты. Из результатов выполненных технико-экономических расчетов (табл. 2) видно, что наиболее экономически целесообразными являются варианты, предусматривающие сокращение крупности питания мельниц до 6-0 мм, особенно с использованием дробилок Barmac или Титан с применением сухой магнитной сепарации продукта крупностью 6-0 мм. ММС в данном случае не предусматривалась из-за отсутствия в настоящее время необходимых сепараторов. Близкие результаты по экономии электроэнергии получены Для дробилок WF, но срок окупаемости их несколько выше, чем центробежных дробилок, из-за более высоких капитальных вложений. При применении отечественных дробилок Титан капитальные вложения и, соответственно, сроки их окупаемости по сравнению с дробилками Barmac снижаются в 1,5-2 раза. Для обогатительной фабрики ОАО «Карельский окатыш» наиболее экономически целесообразным оказался также вариант, сочетающий CMC и четвертую стадию дробления в ударных дробилках Barmac или Титан. Внедрение в схему операции ударного дробления позволяет увеличить выход хвостов CMC до 20 %, снизить расход электроэнергии на 39 % при переводе стержневых мельниц в режим замкнутоциклового шарового измельчения и окупить капитальные вложения при существующих ценах на электроэнергию и измельчающую среду за 4,3 года. Возможность замены стержневых мельниц дробилками WF в ОАО «Карельский окатыш» не подтвердилась технологическими расчетами объемов измельчения. Для ОАО «Ванадий» наиболее конкурентоспособным вариантом представляется применение ударных дробилок Barmac или Титан в сочетании с сухой магнитной сепарацией. Из отечественного оборудования наиболее целесообразно использовать «сухие» инерционные дробилки КИД-2200 в четвертой стадии дробления, взамен эксплуатируемых дробилок КМД-2200. Применение дробилок КИД в «мокром» исполнении может быть рассмотрено в будущем при условии доведения коэффициента их использования до уровня КИО мельниц. Анализ полученных экономических показателей (табл. 2) позволяет сделать вывод о целесообразности существенного снижения крупности дробления руды за счет применения дробильного оборудования нового поколения, причем, чем ближе цены на энергоматериальные ресурсы к мировым, тем выше эффективность предлагаемых технических решений. Таблица 2 Михайловский ГОК ОАО «Ванадий» Показатели, ед.изм. Снижение расхода электроэнергии, % Стойленский ГОК 12-0 ОАО «Карельский окатыш» КМД-3000Т2-ДП Крупность дробленой руды, мм Дробилки 7.Показатели экономической эффективности внедрения энергосберегающих технологий и оборудования на железорудных фабриках России 19 14 - - 8 КМД-2200Т5(6)-Д 16-0 Снижение расхода электроэнергии, % - - 4 23 КИД-2200 12-0 Снижение расхода электроэнергии, % - - 7 29 КМД-3000Т2-ДП 12-0 6,7 5,3 - - КМД-2200Т5(6)-Д 16-0 - - 6,1 7,2* КИД-2200 12-0 - - 5,5 6,9* Barmac (Титан) 6-0 Срок окупаемости капитальных вложений, лет Срок окупаемости капитальных вложений, лет Срок окупаемости капитальных вложений, лет Снижение расхода электроэнергии, % 44 20 29 31 WF 6-0 Снижение расхода электроэнергии, % - 23 - 22 WF 12-0 Снижение расхода электроэнергии, % - - 9 - Barmac (Титан) 6-0 3,7(2,5)** 3.6(1,9)** 4,3(2,4)** 5,1(2,8)** WF 6-0 - 5,3 - 8,2* WF 12-0 Срок окупаемости капитальных вложений, лет Срок окупаемости капитальных вложений, лет Срок окупаемости капитальных вложений, лет - - 9,4 - * Большие сроки окупаемости капитальных вложений в ОАО «Ваннадий» объясняются низкими ценами на энерго- и материальные ресурсы (в 1,5-2 раза ниже, чем на остальных предприятиях). ** В скобках - с применением дробилок Титан. 8.Заключение 1. Рассмотрены различные варианты модернизации дробильных отделений железорудных обогатительных фабрик с целью снижения крупности питания измельчительного передела. Ряд вариантов предусматривает замену существующих физически и морально изношенных дробилок мелкого дробления современным отечественным (КМД-2200Т5Д, Т6Д и КМДЗОООТ2-ДП АО «Уралмаш») или импортным (МР-1000 и МР-800 фирмы «Nordberg») более производительным оборудованием, обеспечивающим в открытом цикле крупность дробленой руды 16-0 мм и снижение расхода электроэнергии на 10-14 %. При существующих ценах на электроэнергию наиболее реально осуществить модернизацию на базе отечественных дробилок вследствие более коротких сроков окупаемости капитальных вложений. Другие варианты направлены на снижение крупности дробленой руды до 6-0 мм за счет применения дробилок мокрого дробления WF в замкнутом цикле либо организации дополнительной стадии дробления на базе ударных дробилок типа Barmac или Титан с получением до 40 % экономии энерго- и материальных ресурсов в варианте с сухой магнитной сепарацией и 15-20 % без нее. 2. Технико-экономическая оценка выявила преимущество вариантов сокращения крупности мелкодробленой руды до 6-0 мм на базе ударных дробилок по сравнению с заменой 9 оборудования мелкого дробления. В дальнейшем возможна корректировка предлагаемых выводов в связи с проведением промышленных испытаний отечественного и импортного оборудования, а также изменением цен на оборудование и электроэнергию. 9.Список литературы 1. Вайсберг Л.А., Баранов В.Ф., Круппа П.И. Развитие техники и технологии подготовки руд к обогащению//Цв. металлы. 2002. № 2. С.24-31. 2. Гзогян Т.Н., Губин С.Л., Перепелицын А.И. Применение роллер-пресса для подготовки руд к обогащению на Михайловском ГОКе//Черн.металлургия. 2002. № 2. С.31-32. 3. Баранов В.Ф. Опыт применения мокрого дробления за рубежом//Обогащение руд. 2000. № 1. С.43-48. 4. Skillings Mining Review. 2001. July 28. P. 19-32. 5. Круппа П.И., Груздев А.В., Осадчий А.А. Новые конструкции дробилок для модернизации процесса дробления на предприятиях металлургии, горнохимической промышленности и стройиндустрии//Обогащение руд. 2000.№ 2. С.29-32.