铁精矿管道输送工艺在鞍钢矿山的应用

1、铁精矿管道输送工艺在鞍钢矿山的应用刘晓明鞍钢集团矿业设计研究院20162016年年8 8月月 贵阳贵阳一、鞍钢集团矿业设计研究院简介二、鞍钢矿山精矿管道运输的发展三、密地精矿管道输送系统的建设四、结束语汇报提纲鞍钢集团矿业设计研究院（英文缩写AMEC) 隶属于鞍钢集团公司。专业从事冶金矿山行业的科学研究及技术服务业，具有独立法人资格。2008年由矿山研究所和矿山设计院整合而成，追溯其前身已有60余年历史。全院共有各类专业技术人员310人,平均技术工作年限23.5年。获得国家高新技术企业认证，通过了三体系认证。 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020鞍钢设

2、计院成立矿山研究所成立鞍钢设计院矿山部分分离成立矿山设计院院所整合 组建矿业设计研究院19551964 19802008公司制改造2016一、鞍钢集团矿业设计研究院简介一、鞍钢集团矿业设计研究院简介鞍钢集团矿业设计研究院业务范围涵盖铁矿资源勘查、采选工艺技术研究、矿用化工材料研究、工程设计及总承包、工程监理、工程咨询及造价等。具备对冶金矿山开发建设全过程开展全方位技术服务的资质和能力。采选工艺技术研究矿用化工材料研究特殊选矿方法研究尾矿综合利用研究化检验工程设计工程总承包工程管理工程咨询工程造价固体资源勘查岩土工程勘察建设工程监理自动化工程工程测量一、鞍钢集团矿业设计研究院简介鞍钢集团矿业设计

3、研究院在长期的科研和设计实践中，形成了多项具有自主知识产权的核心技术： 贫铁矿选矿工艺研究 露天开采工艺技术 采矿、选矿工程设计 半连续输送工艺技术 乳化炸药技术研究 选矿厂自动控制技术 选矿厂污水处理技术 浆体高浓度输送技术齐大山铁矿鞍千选矿厂东烧尾矿泵站选矿中试基地近年来，随着国际铁矿石市场价格断崖式下跌，我国铁矿山行业面临着自产成品矿产量逐年降低、企业经济效益整体下滑的严峻形势。面对严峻的市场形势，鞍钢矿业集团积极致力于管理创新和技术创新，通过管理创新降成本，通过技术创新增效益，实现了“降本增效”的目的。2014年以来，铁矿石制造成本和铁精矿完全成本不断降低，2016年上半年，在进口铁矿

4、石市场价格持续低位徘徊的情况下，实现了整体盈利。二、鞍钢矿山管道输送工艺的发展铁矿山企业属于大宗物料行业，物料运输成本在其生产成本中占有较大比重。以鞍钢矿山为例，物料运输成本在采矿成本中占40%左右，在选矿成本中占20%左右。在铁矿山常用的几种运输方式中，管道输送以其安全环保、经济高效越来越受到人们的青睐。目前国内铁矿山已有数十条铁精矿输送管道在运行。鞍钢矿山的第一条精矿管道是始建于上世纪90年代的调军台选矿厂精矿管道，迄今已安全运行20多年。近年来鞍钢矿山又先后建设了4条精矿管道，在精矿管道的设计施工、运营管理等方面积累了丰富的经验。二、鞍钢矿山管道输送工艺的发展1、鞍钢矿业集团概况鞍钢矿业

5、集团包括鞍钢矿业和攀钢矿业两大公司。鞍钢矿业拥有鞍山和弓长岭两大铁精矿生产基地。攀钢矿业拥有攀枝花和白马两大铁精矿生产基地。集团现有有9座选矿厂,年产铁精矿共计3300万吨。鞍钢矿业集团鞍钢矿业攀钢矿业鞍山矿区弓长岭矿区白马矿区攀枝花矿区二、鞍钢矿山管道输送工艺的发展2、铁精矿运输鞍钢矿山各选厂需要直输钢厂的铁精矿共2000万吨/年，除调军台选矿厂300万吨采用精矿管道外，其余1700万吨铁精矿均采用铁路运输，铁精矿管道输送的比例仅为15%。序号选矿厂铁精矿产量（万吨/年）铁精矿产品运输目的地运输方式运输距离（km）1调军台选矿厂440鞍钢厂内管道铁路222鞍千选矿厂240鞍钢厂内铁路273齐

6、大山选矿厂300鞍钢厂内铁路144关宝山选矿厂170鞍钢厂内铁路255大孤山球团厂360就地进球团胶带6东鞍山烧结厂220就地进烧结胶带7弓长岭选矿厂550就地进球团胶带8密地选矿厂550攀钢厂内铁路149白马选矿厂300+170攀钢厂内/球团铁路97二、鞍钢矿山管道输送工艺的发展3、管道运输的实施2012年以来，鞍钢矿山先后建设4条、改造1条铁精矿管道输送系统。除白马选矿厂外，其余4个系统的设计均由鞍钢集团矿业设计研究院独立完成。齐大山选矿厂300万吨14km调军台选矿厂440万吨22km鞍千选矿厂240万吨27km白马选矿厂300万吨97km密地选矿厂550万吨14km二、鞍钢矿山管道输送

7、工艺的发展4、改造取得的效果改造后铁精矿年运输费用由7.2亿元降低到2.9亿元，减少运费4.3亿元。序号选矿厂运 量（万吨/年）运 距（km）改造前运费(万元/年）改造后运费(万元/年）节省运费(万元/年）1齐大山选矿厂30014 3612126023522调军台选矿厂44022 4269 2904 24643鞍千选矿厂24027 5573 1944 36294白马选矿厂300974365017460261905密地选矿厂5501414500 5116 9384合 计1830719402868443256二、鞍钢矿山管道输送工艺的发展密地选矿厂是攀钢重要原料基地，年产铁品位54的钒钛磁铁精矿5

8、50万吨。铁精矿产品采用铁路运输送往攀钢钒公司炼铁厂，铁路运输距离14km。铁路运输铁精矿存在如下主要问题：基于上述原因，鞍钢决定建设密地选矿厂精矿管道输送系统，铁精矿由铁路运输改为管道运输。清华大学水利水电系承担管道输送试验研究工作。鞍钢集团矿业设计研究院以EPC模式对项目实施总承包。三、密地精矿管道输送系统的建设一是运输成本过高。单位运输成本1.88元吨公里，年运输费用1.45亿元。二是环境污染严重。铁路运输对沿线环境造成污染，且精矿途耗较大。三是运输能力受限。采用国铁运输，线路能力紧张，精矿输出受到制约。1、管道输送试验主要试验内容铁精矿基本物理性能测定。固体密度、固体颗粒组成、精矿浆P

9、H值。铁精矿主要物理性能测定。矿浆静态沉降试验和极限浓度试验；矿浆流变特性试验。精矿管道输送参数试验。不同管径、不同浓度下的精矿浆水力坡降（阻力损失）和临界流速试验研究。管道敷设坡度及停泵再起动试验分析。 管道输送参数的数学模型。工程实际管道水力输送参数的验证。已运行实例验证所推荐的管道输送水力参数数学模型的准确性。管道管径及最佳输送浓度的分析。管径计算分析，扬程计算分析及输送泵的选择，输送浓度分析。矿浆PH值调整试验。投加CaO调整PH值，投加H2SO4调整PH值。三、密地精矿管道输送系统的建设1、管道输送试验粒度分析上图为密地精矿粒度组成下表为几种粒度组成比较从图和表可以看出： 密地精矿组

10、成非常粗。远远超过尖山、大红山、调军台等选矿厂精矿的粒度组成； 根据经验分析判断，密地精矿可能沉降较快，也可能会沉积产生硬底，不利于管道输送。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、密地精矿管道输送系统的建设1、管道输送试验沉降试验沉降在1000ml的量筒中进行。开展了不同浓度的沉降试验。 密地铁精矿沉降很快。就像其它添加絮凝剂的矿浆，在很短时间1015分钟就沉降下来，而且浓度越低，沉降越快； 密地铁精矿沉降还有一个显著特点，尽管沉降如此快，但粗、细颗粒基本没有分选现象。像这种沉降快的矿浆，

11、沉积层很可能出现颗粒分选，粗颗粒先沉积形成硬底，但密地铁精矿沉积层没有硬底，插入度较好，事故停车再启动比较容易。三、密地精矿管道输送系统的建设1、管道输送试验研究流变试验密地铁精矿浆不同浓度下的流变试验参数见左表。密地铁精矿浆沉降试验表明：铁精矿浆沉降快，但沉积层没有硬底，适宜管道输送；铁精矿浆流变特性呈典型的宾汉体。屈服应力随浓度增加而增加，当浓度超过65%，屈服应力及刚度系数增加很快，输送浓度不宜超过65%； 重量浓度（%）刚度系数（mPa.S）屈服应力（Pa）尖山铁精矿70.3 12-18 10.2 65.5 7-9.8 5.9 61.6 5.6-7 3.2 大红山铁精矿70 18 9

12、65 10 2.2 60 7 0.8 重量浓度（%）刚度系数（mPa.S）屈服应力（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、密地精矿管道输送系统的建设1、管道输送试验研究流速计算Cwm矿浆量 m3/h不同管径工作流速 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铁精矿输送量按550万吨年、输送浓度按6070%计算

14、可知：当管径大于350mm，管道内的流速偏小，管道易淤堵；当管径小于250mm，管道内流速偏大，阻力大能耗高，且管道磨蚀严重。适宜的管径范围在250350mm之间。三、密地精矿管道输送系统的建设1、管道输送试验研究水利坡降计算密地铁精矿300mm管道水力坡降计算表浓度 Cw%不同流速的阻力损失 （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 密地铁精矿再磨分钟后300mm管道水力坡降计算表浓度 Cw%不同流速的阻力损失 （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在管径及浓度相同情况下，正常生产的铁精矿矿浆阻力损失稍大于加磨铁精矿矿浆，但相差不超过5%。正常生产矿浆可以保证输送安全，不需再磨细

17、。三、密地精矿管道输送系统的建设1、管道输送试验研究研究结论通过一系列的试验研究和分析计算，得出如下主要结论：与国内采用管道输送的其他选矿厂铁精矿相比，密地铁精矿的粒度是最粗的。但尽管粒度粗，其沉降性能尚好； 密地铁精矿浆，矿浆沉降呈浑液面沉降，沉降速度快，但在810时间内，不会产生硬底，沉积底插入度较好，不需再磨即可直接管道输送； 密地铁精矿矿浆流变参数随浓度增加而增加，在浓度大于65后，屈服应力、刚度系数增加很快，因此不易过高浓度输送；通过试验验证，伪均质流模型适用于密地铁精矿管线输送参数计算；根据特性分析计算，铁精矿管线直径以300mm左右钢管为宜，矿浆输送浓度以65%左右设计；隔膜泵参

18、数推荐采用320350m3/h，扬程6兆帕。三、密地精矿管道输送系统的建设2、工程设计工艺方案比较设计进行了两种工艺方案的比较： 方案：精矿不磨直接管道输送方案方案：再磨再选后管道输送方案两方案的最大区别在于精矿是否再磨方案只需要建设精矿输送系统，方案则需要额外建设再磨再选系统根据试验研究结果，密地铁精矿磨与不磨均可采用管道安全输送，即技术上均可行。方案取舍主要在于经济性从经济指标考虑，确定采用方案。三、密地精矿管道输送系统的建设比较项目单 位方案方案一、技术指标精矿产量万吨/年550525精矿品位%54.055.5精矿粒度-200目%55.085.0二、投资及成本项目总投资万元18500 3

19、9700输送总成本万元/年511616285 输送运营成本万元/年306713313 单位输送成本元/吨8.4 23.94三、效益测算税后利润万元/年9384 1167税后投资回收期年2.1财务内部收益率%45%-5%财务净现值万元43855 -22844 2、工程设计原则工艺流程图三、密地精矿管道输送系统的建设2、工程设计主要技术参数及设备选择序号项目单位参数1 系统作业率%90.42 全年工作时间h79203 铁精矿输送量万t/a5504 铁精矿粒度-200目55%5 铁精矿密度t/m34.626 矿浆输送体积m3/h5477 矿浆输送浓度wt %62668 矿浆输送速度m/s1.671.

20、949 矿浆PH值10-1110 管道长度km1411 主泵工作压力MPa4.2序号设备名称规格型号台数1 首端浓缩池35m22 首端搅拌槽14 m14 mV= 4150 m3t= 14.5 hN= 132 kW23 三缸单作用 隔膜泵Q=350 m3/h; p=6.0 MPa; N=710 kW34 终端搅拌槽14m14 m25 终端浓缩池38 m26 盘式真空过滤机72m287 水环真空泵2BEC4288 罗茨鼓风机HSR25039X60石油管线钢管D32514km三、密地精矿管道输送系统的建设2、工程设计管线总体布置攀钢铁厂密地选厂1074m1064.5m三、密地精矿管道输送系统的建设3、项目实施及应用效果密地精矿管道输送系统项目于2014年11月开工建设，2015年7月进入生产调试阶段，2015年9月竣工投产。全部建设工期10个月。投产近1年来，系统运行稳定，设备运转正常。系统作