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(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院20162016年年8 8月月 貴陽(yáng)貴陽(yáng)一、鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院簡(jiǎn)介二、鞍鋼礦山精礦管道運(yùn)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(yǔ)匯報(bào)提綱鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院（英文縮寫(xiě)AMEC) 隸屬于鞍鋼集團(tuán)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(dú)立法人資格。2008年由礦山研究所和礦山設(shè)計(jì)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(guó)家高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)證，通過(guò)了三體系認(rèn)證。 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020鞍鋼設(shè)

2、計(jì)院成立礦山研究所成立鞍鋼設(shè)計(jì)院礦山部分分離成立礦山設(shè)計(jì)院院所整合 組建礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院19551964 19802008公司制改造2016一、鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院簡(jiǎn)介一、鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院簡(jiǎn)介鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)及總承包、工程監(jiān)理、工程咨詢及造價(jià)等。具備對(duì)冶金礦山開(kāi)發(fā)建設(shè)全過(guò)程開(kāi)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(yàn)工程設(shè)計(jì)工程總承包工程管理工程咨詢工程造價(jià)固體資源勘查巖土工程勘察建設(shè)工程監(jiān)理自動(dòng)化工程工程測(cè)量一、鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院簡(jiǎn)介鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)

3、研究院在長(zhǎng)期的科研和設(shè)計(jì)實(shí)踐中，形成了多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)： 貧鐵礦選礦工藝研究 露天開(kāi)采工藝技術(shù) 采礦、選礦工程設(shè)計(jì) 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(dòng)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(lái)，隨著國(guó)際鐵礦石市場(chǎng)價(jià)格斷崖式下跌，我國(guó)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(jì)效益整體下滑的嚴(yán)峻形勢(shì)。面對(duì)嚴(yán)峻的市場(chǎng)形勢(shì)，鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)積極致力于管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，通過(guò)管理創(chuàng)新降成本，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新增效益，實(shí)現(xiàn)了“降本增效”的目的。2014年以來(lái)，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(jìn)口鐵礦

4、石市場(chǎng)價(jià)格持續(xù)低位徘徊的情況下，實(shí)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(yùn)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(yùn)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(yùn)輸方式中，管道輸送以其安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效越來(lái)越受到人們的青睞。目前國(guó)內(nèi)鐵礦山已有數(shù)十條鐵精礦輸送管道在運(yùn)行。鞍鋼礦山的第一條精礦管道是始建于上世紀(jì)90年代的調(diào)軍臺(tái)選礦廠精礦管道，迄今已安全運(yùn)行20多年。近年來(lái)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(jì)施工、運(yùn)營(yíng)管理等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。二、鞍鋼礦山管道輸送工藝的發(fā)展1、鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)概況鞍鋼礦業(yè)

5、集團(tuán)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(zhǎng)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(tuán)現(xiàn)有有9座選礦廠,年產(chǎn)鐵精礦共計(jì)3300萬(wàn)噸。鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)鞍鋼礦業(yè)攀鋼礦業(yè)鞍山礦區(qū)弓長(zhǎng)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(yùn)輸鞍鋼礦山各選廠需要直輸鋼廠的鐵精礦共2000萬(wàn)噸/年，除調(diào)軍臺(tái)選礦廠300萬(wàn)噸采用精礦管道外，其余1700萬(wàn)噸鐵精礦均采用鐵路運(yùn)輸，鐵精礦管道輸送的比例僅為15%。序號(hào)選礦廠鐵精礦產(chǎn)量（萬(wàn)噸/年）鐵精礦產(chǎn)品運(yùn)輸目的地運(yùn)輸方式運(yùn)輸距離（km）1調(diào)軍臺(tái)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(tuán)廠360就地進(jìn)球團(tuán)膠帶6東鞍山燒結(jié)廠220就地進(jìn)燒結(jié)膠帶7弓長(zhǎng)嶺選礦廠550就地進(jìn)球團(tuán)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(tuán)鐵路97二、鞍鋼礦山管道輸送工藝的發(fā)展3、管道運(yùn)輸?shù)膶?shí)施2012年以來(lái)，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(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均由鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院獨(dú)立完成。齊大山選礦廠300萬(wàn)噸14km調(diào)軍臺(tái)選礦廠440萬(wàn)噸22km鞍千選礦廠240萬(wàn)噸27km白馬選礦廠300萬(wàn)噸97km密地選礦廠550萬(wàn)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(yùn)輸費(fèi)用由7.2億元降低到2.9億元，減少運(yùn)費(fèi)4.3億元。序號(hào)選礦廠運(yùn) 量（萬(wàn)噸/年）運(yùn) 距（km）改造前運(yùn)費(fèi)(萬(wàn)元/年）改造后運(yùn)費(fèi)(萬(wàn)元/年）節(jié)省運(yùn)費(fèi)(萬(wàn)元/年）1齊大山選礦廠30014 3612126023522調(diào)軍臺(tái)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(jì)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(wàn)噸。鐵精礦產(chǎn)品采用鐵路運(yùn)輸送往攀鋼釩公司煉鐵廠，鐵路運(yùn)輸距離14km。鐵路運(yùn)輸鐵精礦存在如下主要問(wèn)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(yùn)輸改為管道運(yùn)輸。清華大學(xué)水利水電系承擔(dān)管道輸送試驗(yàn)研究工作。鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院以EPC模式對(duì)項(xiàng)目實(shí)施總承包。三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)一是運(yùn)輸成本過(guò)高。單位運(yùn)輸成本1.88元噸公里，年運(yùn)輸費(fèi)用1.45億元。二是環(huán)境污染嚴(yán)重。鐵路運(yùn)輸對(duì)沿線環(huán)境造成污染，且精礦途耗較大。三是運(yùn)輸能力受限。采用國(guó)鐵運(yùn)輸，線路能力緊張，精礦輸出受到制約。1、管道輸送試驗(yàn)主要試驗(yàn)內(nèi)容鐵精礦基本物理性能測(cè)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(cè)定。礦漿靜態(tài)沉降試驗(yàn)和極限濃度試驗(yàn)；礦漿流變特性試驗(yàn)。精礦管道輸送參數(shù)試驗(yàn)。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(yàn)研究。管道敷設(shè)坡度及停泵再起動(dòng)試驗(yàn)分析。 管道輸送參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。工程實(shí)際管道水力輸送參數(shù)的驗(yàn)證。已運(yùn)行實(shí)例驗(yàn)證所推薦的管道輸送水力參數(shù)數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。管道管徑及最佳輸送濃度的分析。管徑計(jì)算分析，揚(yáng)程計(jì)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(yàn)。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(yàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)尖山、大紅山、調(diào)軍臺(tái)等選礦廠精礦的粒度組成； 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析判斷，密地精礦可能沉降較快，也可能會(huì)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(yàn)沉降試驗(yàn)沉降在1000ml的量筒中進(jìn)行。開(kāi)展了不同濃度的沉降試驗(yàn)。 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(shí)間1015分鐘就沉降下來(lái)，而且濃度越低，沉降越快； 密地鐵精礦沉降還有一個(gè)顯著特點(diǎn)，盡管沉降如此快，但粗、細(xì)顆?；緵](méi)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(méi)有硬底，插入度較好，事故停車再啟動(dòng)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(yàn)研究流變?cè)囼?yàn)密地鐵精礦漿不同濃度下的流變?cè)囼?yàn)參數(shù)見(jiàn)左表。密地鐵精礦漿沉降試驗(yàn)表明：鐵精礦漿沉降快，但沉積層沒(méi)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(guò)65%，屈服應(yīng)力及剛度系數(shù)增加很快，輸送濃度不宜超過(guò)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(yàn)研究流速計(jì)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(wàn)噸年、輸送濃度按6070%計(jì)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(yán)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(yàn)研究水利坡降計(jì)算密地鐵精礦300mm管道水力坡降計(jì)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(jì)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(guò)5%。正常生產(chǎn)礦漿可以保證輸送安全，不需再磨細(xì)

17、。三、密地精礦管道輸送系統(tǒng)的建設(shè)1、管道輸送試驗(yàn)研究研究結(jié)論通過(guò)一系列的試驗(yàn)研究和分析計(jì)算，得出如下主要結(jié)論：與國(guó)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(shí)間內(nèi)，不會(huì)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(guò)高濃度輸送；通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，偽均質(zhì)流模型適用于密地鐵精礦管線輸送參數(shù)計(jì)算；根據(jù)特性分析計(jì)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(jì)；隔膜泵參

18、數(shù)推薦采用320350m3/h，揚(yáng)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(jì)工藝方案比較設(shè)計(jì)進(jìn)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(yàn)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(jì)性從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(xiàng)目單 位方案方案一、技術(shù)指標(biāo)精礦產(chǎn)量萬(wàn)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(xiàng)目總投資萬(wàn)元18500 3

19、9700輸送總成本萬(wàn)元/年511616285 輸送運(yùn)營(yíng)成本萬(wàn)元/年306713313 單位輸送成本元/噸8.4 23.94三、效益測(cè)算稅后利潤(rùn)萬(wàn)元/年9384 1167稅后投資回收期年2.1財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率%45%-5%財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值萬(wàn)元43855 -22844 2、工程設(shè)計(jì)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(jì)主要技術(shù)參數(shù)及設(shè)備選擇序號(hào)項(xiàng)目單位參數(shù)1 系統(tǒng)作業(yè)率%90.42 全年工作時(shí)間h79203 鐵精礦輸送量萬(wàn)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(zhǎng)度km1411 主泵工作壓力MPa4.2序號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)臺(tái)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(guò)濾機(jī)72m287 水環(huán)真空泵2BEC4288 羅茨鼓風(fēng)機(jī)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(jì)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(xiàng)目實(shí)施及應(yīng)用效果密地精礦管道輸送系統(tǒng)項(xiàng)目于2014年11月開(kāi)工建設(shè)，2015年7月進(jìn)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(gè)月。投產(chǎn)近1年來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。系統(tǒng)作