鐵精礦管道輸送工藝在鞍鋼礦山的應(yīng)用

1、鐵精礦管道輸送工藝在鞍鋼礦山的應(yīng)用劉曉明鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院20162016年年8 8月月 貴陽貴陽一、鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院簡介二、鞍鋼礦山精礦管道運輸?shù)陌l(fā)展三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)四、結(jié)束語匯報提綱鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院（英文縮寫AMEC) 隸屬于鞍鋼集團公司。專業(yè)從事冶金礦山行業(yè)的科學(xué)研究及技術(shù)服務(wù)業(yè)，具有獨立法人資格。2008年由礦山研究所和礦山設(shè)計院整合而成，追溯其前身已有60余年歷史。全院共有各類專業(yè)技術(shù)人員310人,平均技術(shù)工作年限23.5年。獲得國家高新技術(shù)企業(yè)認證，通過了三體系認證。 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020鞍鋼設(shè)

2、計院成立礦山研究所成立鞍鋼設(shè)計院礦山部分分離成立礦山設(shè)計院院所整合 組建礦業(yè)設(shè)計研究院19551964 19802008公司制改造2016一、鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院簡介一、鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院簡介鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院業(yè)務(wù)范圍涵蓋鐵礦資源勘查、采選工藝技術(shù)研究、礦用化工材料研究、工程設(shè)計及總承包、工程監(jiān)理、工程咨詢及造價等。具備對冶金礦山開發(fā)建設(shè)全過程開展全方位技術(shù)服務(wù)的資質(zhì)和能力。采選工藝技術(shù)研究礦用化工材料研究特殊選礦方法研究尾礦綜合利用研究化檢驗工程設(shè)計工程總承包工程管理工程咨詢工程造價固體資源勘查巖土工程勘察建設(shè)工程監(jiān)理自動化工程工程測量一、鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院簡介鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計

3、研究院在長期的科研和設(shè)計實踐中，形成了多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)： 貧鐵礦選礦工藝研究 露天開采工藝技術(shù) 采礦、選礦工程設(shè)計 半連續(xù)輸送工藝技術(shù) 乳化炸藥技術(shù)研究 選礦廠自動控制技術(shù) 選礦廠污水處理技術(shù) 漿體高濃度輸送技術(shù)齊大山鐵礦鞍千選礦廠東燒尾礦泵站選礦中試基地近年來，隨著國際鐵礦石市場價格斷崖式下跌，我國鐵礦山行業(yè)面臨著自產(chǎn)成品礦產(chǎn)量逐年降低、企業(yè)經(jīng)濟效益整體下滑的嚴峻形勢。面對嚴峻的市場形勢，鞍鋼礦業(yè)集團積極致力于管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，通過管理創(chuàng)新降成本，通過技術(shù)創(chuàng)新增效益，實現(xiàn)了“降本增效”的目的。2014年以來，鐵礦石制造成本和鐵精礦完全成本不斷降低，2016年上半年，在進口鐵礦

4、石市場價格持續(xù)低位徘徊的情況下，實現(xiàn)了整體盈利。二、鞍鋼礦山管道輸送工藝的發(fā)展鐵礦山企業(yè)屬于大宗物料行業(yè)，物料運輸成本在其生產(chǎn)成本中占有較大比重。以鞍鋼礦山為例，物料運輸成本在采礦成本中占40%左右，在選礦成本中占20%左右。在鐵礦山常用的幾種運輸方式中，管道輸送以其安全環(huán)保、經(jīng)濟高效越來越受到人們的青睞。目前國內(nèi)鐵礦山已有數(shù)十條鐵精礦輸送管道在運行。鞍鋼礦山的第一條精礦管道是始建于上世紀90年代的調(diào)軍臺選礦廠精礦管道，迄今已安全運行20多年。近年來鞍鋼礦山又先后建設(shè)了4條精礦管道，在精礦管道的設(shè)計施工、運營管理等方面積累了豐富的經(jīng)驗。二、鞍鋼礦山管道輸送工藝的發(fā)展1、鞍鋼礦業(yè)集團概況鞍鋼礦業(yè)

5、集團包括鞍鋼礦業(yè)和攀鋼礦業(yè)兩大公司。鞍鋼礦業(yè)擁有鞍山和弓長嶺兩大鐵精礦生產(chǎn)基地。攀鋼礦業(yè)擁有攀枝花和白馬兩大鐵精礦生產(chǎn)基地。集團現(xiàn)有有9座選礦廠,年產(chǎn)鐵精礦共計3300萬噸。鞍鋼礦業(yè)集團鞍鋼礦業(yè)攀鋼礦業(yè)鞍山礦區(qū)弓長嶺礦區(qū)白馬礦區(qū)攀枝花礦區(qū)二、鞍鋼礦山管道輸送工藝的發(fā)展2、鐵精礦運輸鞍鋼礦山各選廠需要直輸鋼廠的鐵精礦共2000萬噸/年，除調(diào)軍臺選礦廠300萬噸采用精礦管道外，其余1700萬噸鐵精礦均采用鐵路運輸，鐵精礦管道輸送的比例僅為15%。序號選礦廠鐵精礦產(chǎn)量（萬噸/年）鐵精礦產(chǎn)品運輸目的地運輸方式運輸距離（km）1調(diào)軍臺選礦廠440鞍鋼廠內(nèi)管道鐵路222鞍千選礦廠240鞍鋼廠內(nèi)鐵路273齊

6、大山選礦廠300鞍鋼廠內(nèi)鐵路144關(guān)寶山選礦廠170鞍鋼廠內(nèi)鐵路255大孤山球團廠360就地進球團膠帶6東鞍山燒結(jié)廠220就地進燒結(jié)膠帶7弓長嶺選礦廠550就地進球團膠帶8密地選礦廠550攀鋼廠內(nèi)鐵路149白馬選礦廠300+170攀鋼廠內(nèi)/球團鐵路97二、鞍鋼礦山管道輸送工藝的發(fā)展3、管道運輸?shù)膶嵤?012年以來，鞍鋼礦山先后建設(shè)4條、改造1條鐵精礦管道輸送系統(tǒng)。除白馬選礦廠外，其余4個系統(tǒng)的設(shè)計均由鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院獨立完成。齊大山選礦廠300萬噸14km調(diào)軍臺選礦廠440萬噸22km鞍千選礦廠240萬噸27km白馬選礦廠300萬噸97km密地選礦廠550萬噸14km二、鞍鋼礦山管道輸送

7、工藝的發(fā)展4、改造取得的效果改造后鐵精礦年運輸費用由7.2億元降低到2.9億元，減少運費4.3億元。序號選礦廠運 量（萬噸/年）運 距（km）改造前運費(萬元/年）改造后運費(萬元/年）節(jié)省運費(萬元/年）1齊大山選礦廠30014 3612126023522調(diào)軍臺選礦廠44022 4269 2904 24643鞍千選礦廠24027 5573 1944 36294白馬選礦廠300974365017460261905密地選礦廠5501414500 5116 9384合 計1830719402868443256二、鞍鋼礦山管道輸送工藝的發(fā)展密地選礦廠是攀鋼重要原料基地，年產(chǎn)鐵品位54的釩鈦磁鐵精礦5

8、50萬噸。鐵精礦產(chǎn)品采用鐵路運輸送往攀鋼釩公司煉鐵廠，鐵路運輸距離14km。鐵路運輸鐵精礦存在如下主要問題：基于上述原因，鞍鋼決定建設(shè)密地選礦廠精礦管道輸送系統(tǒng)，鐵精礦由鐵路運輸改為管道運輸。清華大學(xué)水利水電系承擔(dān)管道輸送試驗研究工作。鞍鋼集團礦業(yè)設(shè)計研究院以EPC模式對項目實施總承包。三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)一是運輸成本過高。單位運輸成本1.88元噸公里，年運輸費用1.45億元。二是環(huán)境污染嚴重。鐵路運輸對沿線環(huán)境造成污染，且精礦途耗較大。三是運輸能力受限。采用國鐵運輸，線路能力緊張，精礦輸出受到制約。1、管道輸送試驗主要試驗內(nèi)容鐵精礦基本物理性能測定。固體密度、固體顆粒組成、精礦漿P

9、H值。鐵精礦主要物理性能測定。礦漿靜態(tài)沉降試驗和極限濃度試驗；礦漿流變特性試驗。精礦管道輸送參數(shù)試驗。不同管徑、不同濃度下的精礦漿水力坡降（阻力損失）和臨界流速試驗研究。管道敷設(shè)坡度及停泵再起動試驗分析。 管道輸送參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。工程實際管道水力輸送參數(shù)的驗證。已運行實例驗證所推薦的管道輸送水力參數(shù)數(shù)學(xué)模型的準確性。管道管徑及最佳輸送濃度的分析。管徑計算分析，揚程計算分析及輸送泵的選擇，輸送濃度分析。礦漿PH值調(diào)整試驗。投加CaO調(diào)整PH值，投加H2SO4調(diào)整PH值。三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)1、管道輸送試驗粒度分析上圖為密地精礦粒度組成下表為幾種粒度組成比較從圖和表可以看出： 密地精礦組

10、成非常粗。遠遠超過尖山、大紅山、調(diào)軍臺等選礦廠精礦的粒度組成； 根據(jù)經(jīng)驗分析判斷，密地精礦可能沉降較快，也可能會沉積產(chǎn)生硬底，不利于管道輸送。D (mm) 0.6 0.5 0.2 0.1 0.074 0.05 D占% 100 99.94 94.49 65.44 6.55 0.98 三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)1、管道輸送試驗沉降試驗沉降在1000ml的量筒中進行。開展了不同濃度的沉降試驗。 密地鐵精礦沉降很快。就像其它添加絮凝劑的礦漿，在很短時間1015分鐘就沉降下來，而且濃度越低，沉降越快； 密地鐵精礦沉降還有一個顯著特點，盡管沉降如此快，但粗、細顆?；緵]有分選現(xiàn)象。像這種沉降快的礦漿，

11、沉積層很可能出現(xiàn)顆粒分選，粗顆粒先沉積形成硬底，但密地鐵精礦沉積層沒有硬底，插入度較好，事故停車再啟動比較容易。三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)1、管道輸送試驗研究流變試驗密地鐵精礦漿不同濃度下的流變試驗參數(shù)見左表。密地鐵精礦漿沉降試驗表明：鐵精礦漿沉降快，但沉積層沒有硬底，適宜管道輸送；鐵精礦漿流變特性呈典型的賓漢體。屈服應(yīng)力隨濃度增加而增加，當(dāng)濃度超過65%，屈服應(yīng)力及剛度系數(shù)增加很快，輸送濃度不宜超過65%； 重量濃度（%）剛度系數(shù)（mPa.S）屈服應(yīng)力（Pa）尖山鐵精礦70.3 12-18 10.2 65.5 7-9.8 5.9 61.6 5.6-7 3.2 大紅山鐵精礦70 18 9

12、65 10 2.2 60 7 0.8 重量濃度（%）剛度系數(shù)（mPa.S）屈服應(yīng)力（Pa）70 17.4 14.5 65 15.4 4.5 60 12.7 2 55 11.7 0 50 10.0 0 45 8.4 0 三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)1、管道輸送試驗研究流速計算Cwm礦漿量 m3/h不同管徑工作流速 m/s250 mm275 mm300 mm325 mm350 mm0.61.887613.413.472.872.412.051.770.611.915594.433.372.782.341.991.720.621.944576.073.262.702.261.931.660.631

13、.974558.293.162.612.201.871.610.642.005541.073.062.532.131.811.560.652.037524.372.972.452.061.761.510.662.070508.192.882.382.001.701.470.672.105492.482.792.301.941.651.420.682.140477.242.702.231.881.601.380.692.176462.442.622.161.821.551.340.72.214448.062.542.101.761.501.29鐵精礦輸送量按550萬噸年、輸送濃度按6070%計算

14、可知：當(dāng)管徑大于350mm，管道內(nèi)的流速偏小，管道易淤堵；當(dāng)管徑小于250mm，管道內(nèi)流速偏大，阻力大能耗高，且管道磨蝕嚴重。適宜的管徑范圍在250350mm之間。三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)1、管道輸送試驗研究水利坡降計算密地鐵精礦300mm管道水力坡降計算表濃度 Cw%不同流速的阻力損失 （米水柱/公里）16017018019020021022023024006.987.848.749.6810.6811.7212.821415.15517.0 18.2 19.5 20.9 22.4 24.0 25.6 27.4 29.2 6017.9 19.2 20.6 22.1 23.8 25.5

15、27.3 29.2 31.1 6218.2 19.6 21.1 22.7 24.4 26.2 28.0 30.0 32.1 6418.6 20.0 21.6 23.3 25.0 26.9 28.9 31.0 33.1 6618.9 20.5 22.1 23.9 25.7 27.7 29.8 31.9 34.2 6819.4 21.0 22.7 24.5 26.5 28.5 30.7 32.9 35.3 密地鐵精礦再磨分鐘后300mm管道水力坡降計算表濃度 Cw%不同流速的阻力損失 （米水柱/公里）16017018019020021022023024006.987.848.749.6810.68

16、11.7212.821415.15515.716.918.319.721.322.924.626.428.26016.517.919.42122.724.526.328.230.3621718.52021.823.625.427.429.531.66417.519.120.822.624.526.628.730.833.16618.119.921.723.625.727.83032.234.86818.920.722.724.726.929.131.53436.5在管徑及濃度相同情況下，正常生產(chǎn)的鐵精礦礦漿阻力損失稍大于加磨鐵精礦礦漿，但相差不超過5%。正常生產(chǎn)礦漿可以保證輸送安全，不需再磨細

17、。三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)1、管道輸送試驗研究研究結(jié)論通過一系列的試驗研究和分析計算，得出如下主要結(jié)論：與國內(nèi)采用管道輸送的其他選礦廠鐵精礦相比，密地鐵精礦的粒度是最粗的。但盡管粒度粗，其沉降性能尚好； 密地鐵精礦漿，礦漿沉降呈渾液面沉降，沉降速度快，但在810時間內(nèi)，不會產(chǎn)生硬底，沉積底插入度較好，不需再磨即可直接管道輸送； 密地鐵精礦礦漿流變參數(shù)隨濃度增加而增加，在濃度大于65后，屈服應(yīng)力、剛度系數(shù)增加很快，因此不易過高濃度輸送；通過試驗驗證，偽均質(zhì)流模型適用于密地鐵精礦管線輸送參數(shù)計算；根據(jù)特性分析計算，鐵精礦管線直徑以300mm左右鋼管為宜，礦漿輸送濃度以65%左右設(shè)計；隔膜泵參

18、數(shù)推薦采用320350m3/h，揚程6兆帕。三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)2、工程設(shè)計工藝方案比較設(shè)計進行了兩種工藝方案的比較： 方案：精礦不磨直接管道輸送方案方案：再磨再選后管道輸送方案兩方案的最大區(qū)別在于精礦是否再磨方案只需要建設(shè)精礦輸送系統(tǒng)，方案則需要額外建設(shè)再磨再選系統(tǒng)根據(jù)試驗研究結(jié)果，密地鐵精礦磨與不磨均可采用管道安全輸送，即技術(shù)上均可行。方案取舍主要在于經(jīng)濟性從經(jīng)濟指標考慮，確定采用方案。三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)比較項目單 位方案方案一、技術(shù)指標精礦產(chǎn)量萬噸/年550525精礦品位%54.055.5精礦粒度-200目%55.085.0二、投資及成本項目總投資萬元18500 3

19、9700輸送總成本萬元/年511616285 輸送運營成本萬元/年306713313 單位輸送成本元/噸8.4 23.94三、效益測算稅后利潤萬元/年9384 1167稅后投資回收期年2.1財務(wù)內(nèi)部收益率%45%-5%財務(wù)凈現(xiàn)值萬元43855 -22844 2、工程設(shè)計原則工藝流程圖三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)2、工程設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)及設(shè)備選擇序號項目單位參數(shù)1 系統(tǒng)作業(yè)率%90.42 全年工作時間h79203 鐵精礦輸送量萬t/a5504 鐵精礦粒度-200目55%5 鐵精礦密度t/m34.626 礦漿輸送體積m3/h5477 礦漿輸送濃度wt %62668 礦漿輸送速度m/s1.671.

20、949 礦漿PH值10-1110 管道長度km1411 主泵工作壓力MPa4.2序號設(shè)備名稱規(guī)格型號臺數(shù)1 首端濃縮池35m22 首端攪拌槽14 m14 mV= 4150 m3t= 14.5 hN= 132 kW23 三缸單作用 隔膜泵Q=350 m3/h; p=6.0 MPa; N=710 kW34 終端攪拌槽14m14 m25 終端濃縮池38 m26 盤式真空過濾機72m287 水環(huán)真空泵2BEC4288 羅茨鼓風(fēng)機HSR25039X60石油管線鋼管D32514km三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)2、工程設(shè)計管線總體布置攀鋼鐵廠密地選廠1074m1064.5m三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)3、項目實施及應(yīng)用效果密地精礦管道輸送系統(tǒng)項目于2014年11月開工建設(shè)，2015年7月進入生產(chǎn)調(diào)試階段，2015年9月竣工投產(chǎn)。全部建設(shè)工期10個月。投產(chǎn)近1年來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常。系統(tǒng)作