一种高压气体碎化铁矿石试验装置的制造方法

xiaoxiao2021-3-4  148

一种高压气体碎化铁矿石试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种高压气体碎化铁矿石试验装置。
【背景技术】
[0002] 我国铁矿石资源丰富,但是含铁量较低。开采的矿石需要经过选矿后才可W进行 冶炼。选矿过程中一个非常重要的工序就是将爆破后的矿石进行粗破、中破、细破和娠磨。 目前所采用的技术是用机械破碎机将矿石压碎,机械破碎需要消耗大量的电能且机械部件 (尤其衬板)的磨损也较为严重,平均每吨矿石粉化成本200多元。因此,提出一种新的矿石 破碎、粉化技术及装置,可为钢铁企业节约选矿成本,并可W大幅度提高我国企业的竞争 力。
[0003] 高压条件下铁矿石的破裂碎化设及两个阶段,其一是高压气体(化或C〇2)经铁矿石 本身的节理裂隙渗透进入其内部,其二是在突然卸载条件下,铁矿石在内部高压与外界常 压或负压形成的压力梯度作用下的破裂和碎化过程。高压突然卸载引起材料的破坏现象在 自然界中普遍存在,煤与瓦斯突出,冲击地压,高地应力条件下开挖隧道或地下桐室遇到的 岩爆等等均与此相关。
[0004] 在煤与瓦斯突出机理研究方面,仍W1958年苏联霍朵特博±提出的综合假说最具 代表性,认为瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤的物理力学性质Ξ因素综合作用的结果。下晓良 (1989,1990)先将钢筒密封并充瓦斯至一定超压,待瓦斯压力达到平衡后关闭钢筒与气源 间阀口,突然打开密封膜,使含有瓦斯的煤的一端暴露在大气中,模拟放炮或打开石口的一 维突然卸载所引起的煤体突出。观察到随初始瓦斯超压ΔΡο的增加,击破密封膜后筒内型 煤依次发生Ξ类情况:若ΔΡο低于某临界值ΔΡο,煤体中仅有渗流而不破坏;(2)若ΔΡο等于 或略大于Ρο,煤体发生初次破坏,破坏煤体成球冠状;(3)若ΔΡο约大于Ρο,破坏将W薄片状 多层开裂的方式向煤体内部扩展。孟祥跃(1996,1997)向具有一定成型压力的煤体中注入 高压氮气,通过引爆喷煤孔处的点火头和枪药,使侣膜破坏而实现突然卸载,孔隙气压足W 使突出孔周围各个方向的煤样发生拉伸破坏并对称向外扩展。同时在实验装置上利用测压 系统,获得了煤体突出过程的压力变化情况。
[0005] 在高压气体(化或C〇2)破岩碎岩方面,国内外学者也开展了大量的试验工作。郭志 兴(1994)利用液化的C〇2作为传递爆炸威力的媒介,爆破前将液化的C〇2充入爆破筒,工作时 通过电极和加热元件将C〇2加热使其压力增加到一定程度,从而冲破爆破筒末端切变盘,使 受热快速膨胀的C〇2通过爆破筒末端的气口释放出来,为被爆物提供气动力和推力,将被爆 物体胀开。邵鹏(1997)用石膏和石子做成不同强度的正方形试块,尺寸为200mmX200mmX 200mm,放入爆破筒。将高压化注入爆破筒,由于爆破膜片的密封作用,使高压化暂时储存于 爆破筒内。随着化压力的不断增高,爆破膜片上的压力达到破膜压力时即被撕裂,高压化将 由撕裂孔迅速释放并作用于被爆介质,使介质产生破碎。最终给出了破膜压力与材料强度 的关系曲线,随着介质抗拉强度的增加,破碎介质所需要的破膜压力呈非线性增长。杜玉昆 等(2012)开展了超临界C〇2射流破岩试验研究,超临界二氧化碳流体具有接近液体高密度 和接近气体低黏度的特性,表面张力小,因而有较好的流动、渗透和传质性能。证实了超临 界C〇2能有效降低破岩口限压力,导致岩石出现大体积破碎。
[0006] 上述煤与瓦斯突出装置和高压气体(化或C〇2)破岩装置都非常巧妙的利用高压气 体(化或C〇2)的物理性质进行了试验研究工作,并取得了较好的效果。本实验装置在铁矿石 破碎方面,具有如下特点:
[0007] (1)不同于机械娠压等常规的铁矿石破碎方式,利用了铁矿石抗拉强度远小于抗 压强度的特点;
[0008] (2)有别于利用高压气体(化或C〇2)突出作用于岩体上引起的岩体破碎,本方法是 将高压气体(化或C〇2)注入盛放有岩体的高压容器内部,使其通过岩体本身的节理或微裂纹 渗入到岩体内部,而后通过突然泄压,使含高压气岩体在较大的压力梯度下产生破裂碎化。

【发明内容】

[0009] 本发明的目的在于,利用高压气体流体高密度和低黏度的特性,使其通过铁矿石 本身的节理或微裂纹渗透到铁矿石内部,而后通过突然卸压,使含高压气铁矿石在较大的 压力梯度下产生破裂碎化,对于节省铁矿石的破碎成本,提升企业经济效益具有重要的现 实意义。
[0010] 本发明提供的一种高压气体碎化铁矿石试验装置,包括:
[0011] 钢桶,所述钢桶的两端分别设置有第一法兰和第二法兰;
[0012] 密封法兰,设置在所述第二法兰上;
[0013] 防爆片,设置在所述第二法兰与所述密封法兰之间;
[0014] 环形板,设置在所述第二法兰和钢桶之间,所述环形板通过连杆与所述第二法兰 连接,使所述环形板与第二法兰之间形成充气空腔;
[0015] 高压气罐,通过高压输气管与所述钢桶连接。
[0016] 优选地,所述防爆片带有突出装置。
[0017] 优选地,所述防爆片为厚度为1.8-2.4mm的侣板。
[0018]优选地,所述突出装置为加工在防爆片中屯、的槽长为10cm,槽宽2mm,槽深为 0. lmm-〇. 5mm的十字槽。
[0019] 优选地,还包括压力传感器,通过设置在所述钢桶上的传感器安装孔安装在所述 钢桶上,用于对试验过程中高压气罐内的压力进行监测。
[0020] 优选地,所述压力传感器为6个。
[0021 ]优选地,还包括高压气体,所述高压气体为化或C〇2,由所述高压气灌充入到所述钢 桶内。
[0022] 优选地,还包括密封圈,分别设置在所述第二法兰与钢桶连接处,第二法兰与密封 法兰之间,密封法兰与防爆片之间,W实现高压 气密封
[0023] 本发明的优点为:
[0024] 1、本套装置只需一次性投入,且高压气成本较低,无需耗电,大大降低了钢铁企业 因采用机械反复破碎的成本;
[0025] 2、该方法是利用铁矿石微裂纹和节理发育,抗拉强度低,高压气体(化或C〇2)渗入 铁矿石可W增加铁矿石的拉应力,将矿石拉裂。该套装置可重复使用,没有消耗;
[0026] 3、实施工艺简单,只有填料一加压一卸压一出料四个环节。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明的结构示意图;
[0028] 图2为本发明高压气体碎化装置碎化水泥砂浆块体试验结果图。
【具体实施方式】
[0029] 为了使本装置的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具 体图示,进行详细说明。
[0030] 如图1所示,一种高压气体碎化铁矿石试验装置,包括:钢桶1、第一法兰2、第二法 兰3、密封法兰4、防爆片5、环形板6、连杆7、高压气罐。
[0031] 钢桶1的两端分别设置有第一法兰2和第二法兰3;密封法兰4设置在第二法兰3上; 防爆片5设置在第二法兰3与密封法兰4之间;环形板6设置在第二法兰3和钢桶1之间,环形 板通过连杆7与第二法兰3连接,使环形板6与第二法兰3之间形成充气空腔;高压气罐(未显 示),通过高压输气管与钢桶1连接。
[0032] 防爆片5带有突出装置,厚度为1.8-2.4mm的侣板。防爆片5的突出装置为加工在防 爆片中屯、的槽长为10cm,槽宽2mm,槽深为0. lmm-0.5mm的十字槽。通过设置不同厚度的防爆 片,实现模拟不同的卸荷压力,防爆片的破裂实现钢桶内部高压气体(化或C〇2)瞬间卸载。
[0033] 此外还包括压力传感器8,通过设置在钢桶1上的传感器安装孔安装在所述钢桶1 上,用于对试验过程中高压气罐内的压力进行监测,压力传感器为6个。高压气体为化或C〇2, 由高压气灌充入到钢桶1内。密封圈(未显示)分别设置在第二法兰3与钢桶1连接处,第二法 兰与密封法兰之间,密封法兰与防爆片之间,W实现高压气密封。
[0034] 在本实施例中,采用水泥砂浆块体模拟铁矿石进行试验。
[0035] 利用该装置开展了高压化渗入水泥砂浆块体内,而后冲开密封侣膜的物理试验, 实验结果如图2所示。
[0036] 将1:3的水泥砂浆分别诱筑于直径25mm、50mm、75mm、110mm的PVC管中,将其放入该 高压容器内部,而后在PVC管的缝隙中诱筑水泥砂浆,待砂浆硬化7天后开始充气试验。高压 化气罐的初始压力为12-15Mpa,通过高压输气管连接至高压容器的进气口。其中,在高压化 气罐的出气口配置减压阀,用于调节试验过程中进气压力;高压容器的进气口安装压力表 和阀口,实时观测高压容器内部的压力,同时可在试验过程中更换化气瓶时使用。
[0037] 表1防爆片上突出装置不同参数试验结果对比 [00;3 引
[0039] W上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技 术人员来说,本发明可w有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修 改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高压气体碎化铁矿石试验装置,包括: 钢桶,所述钢桶的两端分别设置有第一法兰和第二法兰; 密封法兰,设置在所述第二法兰上; 防爆片,设置在所述第二法兰与所述密封法兰之间; 环形板,设置在所述第二法兰和钢桶之间,所述环形板通过连杆与所述第二法兰连接, 使所述环形板与第二法兰之间形成充气空腔; 高压气罐,通过高压输气管与所述钢桶连接。2. 根据权利要求1所述实验装置,其特征为,所述防爆片带有突出装置。3. 根据权利要求1或2所述实验装置,其特征为,所述防爆片为厚度为1.8-2.4mm的铝 板。4. 根据权利要求2所述实验装置,其特征为,所述突出装置为加工在防爆片中心的槽长 为10cm,槽宽2mm,槽深为0 ·lmm-〇 · 5mm的十字槽。5. 根据权利要求1所述实验装置,其特征为,还包括压力传感器,通过设置在所述钢桶 上的传感器安装孔安装在所述钢桶上,用于对试验过程中高压气罐内的压力进行监测。6. 根据权利要求5所述实验装置,其特征为,所述压力传感器为6个。7. 根据权利要求1所述实验装置,其特征为,还包括高压气体,所述高压气体为他或0)2, 由所述高压气灌充入到所述钢桶内。8. 根据权利要求1所述实验装置,其特征为,还包括密封圈,分别设置在所述第二法兰 与钢桶连接处,第二法兰与密封法兰之间,密封法兰与防爆片之间,以实现高压气密封。
【专利摘要】本发明涉及高压气体碎化铁矿石试验装置,包括:钢桶、第一法兰、第二法兰、密封法兰、防爆片、环形板、连杆和高压气罐。钢桶的两端分别设置有第一法兰和第二法兰;密封法兰设置在第二法兰上;防爆片设置在第二法兰与密封法兰之间;环形板设置在第二法兰和钢桶之间,环形板通过连杆与第二法兰连接,使环形板与第二法兰之间形成充气空腔;高压气罐(未显示),通过高压输气管与钢桶1连接。本发明实现了利用高压气体流体高密度和低黏度的特性,使其通过铁矿石本身的节理或微裂纹渗透到铁矿石内部,而后通过突然卸压,使含高压气铁矿石在较大的压力梯度下产生破裂碎化,对于节省铁矿石的破碎成本,提升企业经济效益具有重要的现实意义。
【IPC分类】G01N19/00, B02C19/18
【公开号】CN105486628
【申请号】CN201510962748
【发明人】李世海, 范永波, 冯春, 乔继延, 方舟, 郭汝坤
【申请人】中国科学院力学研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月21日

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