автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Исследование и оптимизация процесса разделения угля в отсадочных машинах с подвижным решетом

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И

ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ОБОГАЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

«ИОТТ»

На правах рукописи УДК 622.762.5

Аспирант ЧАЛЕНКО АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ УГЛЯ В ОТСАДОЧНЫХ МАШИНАХ С ПОДВИЖНЫМ РЕШЕТОМ

Специальность 05.15.08 «Обогащение полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Люберцы — 1994 г.

Работа выполнена в Комплексном научно-исследовательском и ггроектмо-конструкторском институте обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ) при обучении в аспирантуре и в институте "Гипромащуглеобогащение".

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Н.Н.ВИНОГРАДОВ

кандидат технических наук, доцент А.С.ПЕТРОВ

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАЕН Р®, доктор технических наук, профессор кандидат технических наук

Л.А.БАРСКИЙ .

НЛЛ.Качёлкш

Ведущая организация - ПО "Лугаяскуглеобогашение".

Защита диссертации состоится 25 января 1995" г. в 10 часрв на заседании специализированного Совета К.135.01.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Институте обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ) по адресу:

140004, г.Люберцы - 4, Московской обл, поселок ВУ1М, ИОТТ.

Автореферат разослан 10^^(3^1994 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю Совета.

Ученый секретарь специализированного

В.А.Осттэьг'1

Совета, кандидат технических наук

ОНДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность теми. Одним из ведущих процессов гравитационного обогащения в настоящее время является отсадка, сущность которой состоит в разделении по плотности зернистого материала в пульсирующем потоке вода. На ее долю приходится до 60$ минерального сырья, перерабатываемого в мире, в том числе и каменных углей. Широкие технологические возможности, простота реализации, дешевизна, высокое качество выделяемых продуктов - вот далеко не полный перечень преимуществ, обеспечивающих распространение отсадки при обогащении полезных ископаемых.

Технология отсадки, в зависимости от способа подвода энергии колебаний к разделяемому материалу, имеет две разновидности: отсадка на подвижном решете, и отсадка на неподвижном решете. В первом случав энергия к материалу, образующему отсадочную постель подводится через решето, а во втором - через разделительную жидкость, воду. Отсадка на подвижном решете менее энергоемка, обеспечивает более высокое качество выделенных продуктов, требует меньшего расхода воды, но из-за низкой надежности техники, в прошлом не получила распространения в угольной промышленности и поэтому, теоретически недоптаточно обоснована. Преимуществом отсадки на неподвижном решете, после изобретения Ф.Баумом воз-душно-пульсационяой машины, является отсутствие движущихся частей, что упроотило конструкцию и повысило надежность оборудования. Именно поэтому данный вид технологии отсадки получил в угольной промышленности широкое распространение, что обеспечило большое количество теоретических работ в данном направлении.

В настоящее время ужесточились требования к экономичности, качеству продуктов обогащения, экологической чистота произвол-

ства, потреблении воды, в результате чего развитие технологии отсадки на подвижном решете становится актуальным. Поставленную задачу невозможно решить без достаточного теоретического обоснования технологии. Поэтому необходимо провести специальные исследования процесса разделения материала на подвижном решете, на основании которых разработать методику оптимизации технологии.

Настоящая работа выполнена при обучении в аспирантуре ИОТТ в 1990 - 93 г.г. и в соответствии о тематическими планами НИОКР институтов ИОТТ и Типромашуглеобогащение":

темы * 88-226 и А 88-283 "Поисковые исследования технических решений, пригодных дои создания отсадочной машины о подви*- ■ ним решетом".

Шщьд работы является научное обоснование и разработка методики оптимизации процесса разделения угля в отсадочных машинах с подвижным решетом в на основании этого, разработка ( конструкций отсадочных машин.

Основная идея работы заключается в исследованиях уплотнен-, ного и разрыхленного состояний отсадочной постели и сепарацион-ного маосопереноса материала в Течение отсадочных циклов, применительно к машине о подвижным решетом.

црттш исследования. В основу выполненных исследований положены, оригинальные методы определения кинематических параметров отсадки в оптически прозрачных моделях о регистрацией картины разрыхления и уплотнения на движущемся фотоматериале, методы математического моделгрования о использованием уравнений Колмогорова-Фоккера-Планка, марковских цепей, о высокой точностью отражающих физику процесса отсадки. Численные эксперименты производились на электронно-вычислительной машине 1Ш РС

о использованием язика Бейсик. По результатам исследований разработана методика оптимизации процесса разделения материала на подвижном решете.

Наугад нрврзцз:

- установлено, что при отсадка на подвигнем решете характерным является разрыхление и уплотнение постели от нижних слоев к верхним;

- определены аналитические зависимости времени жизни слоев постели в состоянии суспензоида;

- показано, что в качестве временного интервала при решении уравнений Колмогорова-Фоккера-Планка предпочтительно использовать время лизни рассматриваемого слоя в состоянии суспензоида;

- введен в физическую модель параметр "взвешивапцая способность слоя", более точно раскрывающий механизм масоопереноса;

- определена зависимость скорости уплотнения поотели от кинематики подвижного решета, а также показано, что по мере ее раослоения скорости уплотнения а разрыхления иаменявтоя нелинейно.

Обоснованность и лосурвег)Норт> выводов и основных положений обеспечена современными методами обработки результатов аналитических и экспериментальных исследований о'использование« ЭШ. Математические и физические модели строились с использованием вдей в методов алгоритмического эксперимента, достоверность проверялась по статистическим критериям адекватности. Экспериментальные исоледования подтвердили достаточное совпадение теории в практики. По результатам проведенных исследований разработана методика оптимизация процесса разделения на подвижном решете.

Научное значение работы заключается в:

- изучении отсадки на современном уровне физики и математики с использованием уравнений Колмогорова-Фоккера-Планка, марковских процессов;

- исследовании границ разрыхленного и уплотненного состояний отсадочной постели (фронтов разрыхлени Фр и уплотнения Фу) и использовании указанных фронтов для определения состояния суспензоида в пространстве и времени;

- выбора в качестве одного из основных параметров модели отсадчи, времени лизни слоя в состоянии суспензоцда;

- разработке аналитической методики оптимизации процесса разделения материала.

Практическая ценность. Работа является пионерской в области исследований технологии отсадки на подвижном решете и поэтому имеет большую практическую ценность. Результаты данной работы позволяют оптимизировать технологию отсадки для вновь проектируемых отсадочных машин с подвижным решетом, а также могут быть использованы цри- оптимизации работы существующих машин при обогащении руд. Предложенная методика может быть полезна и при оптимизации технологий отсадки на неподвижном решете, для чего необходимо внести коррективы в математическую модель. По результатам проведенных исследований разработаны два технических решения и находится на рассмотрении экспертизы заявка на патент:

- способ разгрузки тяжелых фракций из отсадочной машины и устройство для его осуществления;

- способ отсадки н устройство для его осуществления;

- способ контроля процесса отсадки (заявка с приоритетом от 14.09.92).

Реализация выводов и рекомендаций работы. Проведенные в диссертации исследования реализованы в методике оптимизации процесса разделения угля на подвижном решета, которая рекомендована к использованию в ПО "Лугацскуглеобогащение".

Основные положения, вынесенные автором на защиту;

- исследованы особенности разрыхления постели и массопереноса при отсадке на подвижном решете;

- разработаны новые модели отсадки на подвитом решете;

- предложена методика исследования процесса отсадки в прозрачных моделях путем фоторегистрации состояний постели во времени;

- разработана методика оптимизации процесса разделения.

Апробация работы. Основное содержание и отдельные положения

диссертаций докладавались на отраслевых научно-технических конференциях ученых и специалистов ЙОТТ (г.Лвберпу, Московской обл, 1990-92г.) на семинарах лаборатории гравитационных методов обогащения ИОТТ (1990-ЭЗг.), на заседании секции Научно-технического совета "Гипро-мащутлеобогащенив1* (1993г.), на заседании секции Ученого совета ИОТТ (1993г.).

Публикации. По материалам работы опубликовано 3.статьи, получено 2 авторских свидетельства на изобретения, подана заявка на патент, выпущено 2 научно-технических отчета.

Все теоретические и экспериментальные исследования, разработка моделей и методики оптимизации процесса разделения утля выполнены автором самостоятельно, апробация методики - при личном участии автора.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введония, семи глав и выводов, содержи 130 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 12 табляц, список литературы из 102 наименований, 8 приложений.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗЛДЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ..

В главе приведен краткий обзор и анализ работ по исследовании процесса разделения зернистого материала на фракции во время отсадки. Отмечено, что существуют два направления в исследованиях: детерминистское и массово-статистическое. Как следует из литературы по данноцу вопросу, до настоящего времени законченной теории отсадки не существует, поэтому исследователи при описании данного процесса пользуются рядом гипотез. При анализе значительного количества работ по данное вопросу отмечается, что отсадка рассматривается как непрерывный процесс с осредаенными параметра-/ ми. При этом, в физических и математических моделях недостаточно учитывались изменения состояний постели в течении отсадочного цикла, что вызывало необходимость ввода значительного количества эмпирических данных, которые не в состоянии объективно описать процесс. Следует отметить, что огсадка на подвижном решете как технология обогащения, поело изобретения в 1891 году воздушно-пульса-ционной отсадочной машины практически не развивалась, что уменьши-, ло объемы теоретических исследований в данной области. Однако, преимущества данной технологии при обогащении углей в настоящее время делают ее актуальной и требуют проведения дополнительных исследований, раскрывающих сущность процесса.

Исходя из изложенного, в настоящей работе поставлены следующие задачи:

- разработать уточненные физическую и математическую модели кинематики и иассопереноса в отсадочной постели на подвижном решете;

- исследовать процессы разрыхления, уплотнения и массоперено-са материала в отсадочной постели;

- определить аналитические зависимости между основными тех-

нологическими параметрами и гравитационными характеристиками материала при отсадке на подвижном решете;

- разработать методику оптимизации технологии отсадки на подвижном решете.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИИ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ЗЕРНИСТОГО ШТЕРНА Ж НА ПОДсЮШШ РЕШЕТЕ.

Физическая модель отсадки на подвижном решете.

Так как отсадка может происходить только в состоянии суспен-зоида, как основной параметр рассматривается время жизни постели Тж в указанном состоянии по слоям. Предлагаемая модель предусматривает наличие границ между указанными состояниями в пространстве и времени, которые названы по общепринятой в физике терминологии фронтами разрыхления Фр и уплотнения Фу. Согласно существующим представлениям и данным исследований, проведенных в настоящей работе, разрыхление и уплотнение постели-при отсадке на подвижном решете происходит преимущественно от нижних слоев к верхним. Ука-. занные процессы в общем случае описыва'ются нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных. Для-решения данной задачи использованы графический метода дифференцирования и на основе полеченных зависимостей разработана линеаризованная кинематическая модель отсадки, представленная на рис.1.

Отсюда витерают основные кинематические зависимости, используемые в дальнейшем при построении полной физической модели. Физическая модель сепарационного массопвраноса в отсадке, предложенная в работе, рассматривает постель как ряд столбцов, перемещающихся вдоль решета из зоны загрузки в зону выгрузки в состоянии суспен-зоида. За один цикл в зону разделения на решете поступает и одно-

временно уходит один столбец. Таким образом, в указанной зоне число столбцов остается неизменным. Разделим каждый ив столбцов по высоте на ряд слоев. Следующий основной параметр физической модели, определяющий скорость массопереноса, - взвешивающая способность слоя в состоянии суспензоида. Учитывая, что зерна постели падают в стесненных условиях, взвешивающая способность близка к средней плотности слоя при достаточно узкой шкале классификации разделяемого материала. Так как легкие зерна, взвешенные рассматриваемым слоем переменяются в верхние слои, а тяжелые - в нижние, плотности слоев будет соответственно изменяться от столбца к столбцу, что обеспечивает разделение материала на фракции. В результате, рассматриваемый ряд столбцов в зоне разделения определяет процесс • отсадки, который в данном случае поддается расчету с достаточной степенью точности.

Математическая модель массопереноса зернистого материала на подвижном решете.

В основу математической модели массопереноса положен марковский процесс, описывающий диффузию зерен по слоям постели за конечное число переходов. В качестве уравнеия диффузии принимаем известное уравнение Колмогорова - £оккера - Планка:

д^/П = - гГм Р^/Л + I) Э2*]/дхг, (л

Для численного решения данного уравнения представим его в виде конечных разностей:

Обозначим вероятности перехода зерен по слоям постели:

?0*1-2дгЛ/хг; ^¿/дХ+Пф] (3)

Окончательно получаем:

I**-и/о-Ро + и4зг*В, + ^Х-РЙ ; (4)

где: \»/а - содержание зерен в данном слое постели;

- содержание зерен в нижележащем слое постели; уЛу " содержание зерен в вышележащем слое пбстела;

- вероятность сохранения зерна в данном слое; Я« - вероятность перехода зерна из верхнего слоя; ^ - вероятность перехода зерна из низкие го слоя;

- скорость массопереноса зерна в слое;

2) - функция перемешивания зерен в слое;

- время жизни слоя в состоянии суспензоида;

ЛХ - толщина слоя;

- индекс, обозначающий следующий цикл отсадки.

Для зерен (фракций) двух видов уравнения, описывающие содержание по слоям на следующем отсадочном цикле будут иметь вид:

I Уоа1 - ^/ол'Рол + МхУ Рни + V/-*/ Рвл ; (5)

Ыо*т' = ^г-Рот + ^хг'Рнт + Ъ/-хт-Рьт ;

Учитывая, что поступление зерен в слой и выход из слоя могут быть неодинаковыми, общее число зерен и объем слоя изменится за , отсадочный цикл. Повтор» основываясь на законе сохранения объема, произведем нормирование содержания зерен в слое по форцулам: ;

- иУыХЩ Ш-^'УыМ

(6)

. лч.

где: \Уол, тт - расчетные содержания легких и тяжелых зерен;

нормированные содержания легких и тяжелых зерен в слое.

Производя расчет содержания легких и тяжелых зерен по' слоям постели после первого цикла отсадки и соответствующего массопереноса, с учетом граничных условий для верхнего и нижнего слоев, поручаем распределение фракций по слоям первого столбца. Далее производим операцию перепресвоения переменных, т.е. связываем состояния марковской цепью, при которой подученные значения содержаний компонентов смеси и значения вероятностей перехода для каждого из

рассматриваемых слоев после первого цикла используются в качестве исходных для расчетов на втором цикле. В результате, получаем распределение фракций по сдоям второго столбца. &лее, аналогично производится расчет процесса отсадки для последующих циклов. Описанная математическая модель схематично представлена на рис. 2, где: исходными данными являются технологические параметры отсадки (Н - высота отсадочной постели, А - амплитуда колебаний решета, £ - частота колебаний решета, Ф - форма отсадочного цикла, I* - длина решета, Т/г - скорость горизонтального перемещения постели), гравитационные характеристики сырья (р3 - плотности зерен составляющих фракции, крупность зерен, $ - содержания составляющих фракций); функционалами являются атлитические зависимости процесса отсадки (п - число циклов отсадки разделяемого материала, I(р - скорость разрыхления, тГу - скорость уплотнения, Тж - время жизни слоя в состоянии суспензоида, - скорость мас-сопереноса, С^Д^ - текущее содержание компонентов в смеси); базой данных являются расчитанные параметры марковского процесса (. I - число слоев постели, п0 - оптимальное чис^о циклов, Рол, Рвл, Рнл - вероятности перехода по слоям для легкой, фракции, Рот, Рвт, Рнт - вероятности перехода по слоям для тяжелой фракции); программой расчета является марковский процесс, определяющий изменения содержаний компонентов по слоям за один отсадочный цикл; результатом является распределение фракций по высоте постели.

Из изложенного оледует, что процесс отсадкн может быть описан рядом технологических параметров и гравитационными характеристиками материала, дающими строго определенную картину разделения. Таким образом, получена математическая модель описывающая процесс разделения материала на подвижном решете, позволяющая раеочиРийатВ •; технологические параметры.

о

X £

К

г

X

сЗ со

01 н <о v о «5 и,

& О

н

й

а

Й* <0 а,

Технологические параметры отсадки

(НЛ/.Ф,

* = Р0->);

Гравитационные характеристики сырья

г-);

дли

т* ^ШУт);

1П1

Ро^ ат]

= Рвт Г» *

М Й«т]

и/т

и

гол

(V/

"от

йг

Рнт

МАРКОВСКИЙ ПРОЦЕСС 1

Распределение фракций по высоте постели

Рис. 2. Математическая иодель отсадки.

ьштодакл И ОБОРУДОВАНИЕ Д/Ы ЖШРИЛЕНТАЛЬШХ ИССЛЕДОВАНИИ.

Исследования процесса отсадки на подвижном решете производились по оригинальной методике оптических наблюдений и измерений в прозрачных моделях. В качестве модели был изготовлен основной узел отсадочной машины - камера с подвижным решетом, совершающим вертикальные перемещения. Сущность метода состоит в регистрации на движущемся с постоянной, скоростью фотоматериале изображения процессов, протекающих в массе отсаживаемого материала в течение цикла. Метод позволяет фиксировать состояния постели по слоям в каждой момент времени. Введение в материал постели непрозрачных меток позволяет определять массоперенос в разрыхленном и уплотненном состояниях. Предложенный метод является новым и оригинальным, ранее для исследования процесса отсадки не применялся, защищается патентом по заявке № 5056287 с приоритетом от 14.09.92. Метод иллюстрируется схемой, представленной на рис. 3 и осуществляется следующим образом.

Рис. 3. Схема метода оптических измерений.

В оптически прозрачную модель, заполненную водой, на решето укладывают постель из прозрачного зернистого материала, например из стекла. На передней стенке модели устанавливают экран, имеющий вертикальную щель, а заднюю стенку освещают рассеянным светом. В результате, получаем изображение решета, постели, ванны с водой в проходящем свете, ограниченное размерами щели. Изображение проектируют на движущийся с постоянной скоростью фотоматериал, в результате чего происходит развертка во времени процессов разрыхления и уплотнения зернистого материала, составляющего отсадочную постель. Так как зерна постели имеют более высокую оптичес^ю плотность по сравнению с водой, на фотоматериале фиксируются также фронта разрыхления и уплотнения, разрыхленноеть постели в уп- . лотненноц состоянии и в состоянии суспензоида. Производя измерения е масштабах перемещений и времени определяют кинематические пара- ■ метры постели и массопереноса. !

Для проведения исследований по данной методике был разработав и изготовлен специальный стенд, включающий прозрачную модель, экран со щелью размером 15 ми,, осветители, фоторегистратор осцил» лограы ФОР-2, цульт управления. В фоторегистраторе произведены доработки оптической системы и установлена шкала перемещений. Скорость движения пльнки ¡¿о им/с, плотность материала отсадочной постели р - 2900 кг/ц3.

| ЭКСПЕРИМЕНТАЛЫШ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА. ОТСАДКИ

5

НА ПОДОИШШ РЕНЕТЕ.

¡Эиоперкиентальше исследования проводились по вышеприведенно Л ивтодяге на лабораторной стендовой установке. При разработке планов экспериментов учитывалось, что исследования должш обеспе-

чивать максю^м полезной информации при ииницуые оштоп. В экспериментах изменялись следующие параметры отсадки:

- высота отсадочной постели, в пределах 0,1 - 0,25 м ;

- амплитуда колебаний решета, в пределах 0,05 - 0,3 м ;

- закон движения решета;

- плотности непрозрачных меток при определении массопереноса по слоям отсадочной постели рл = 1250 жт/уР, р^ = 7800 кг/¡Р.

В процессе экспериментов были проведены следующие серии опытов:

1) исследование процесса разрыхления и уплотнения отсадочной постели в зависимости от амплитуды колебаний решета;

2) исследование процесса разрыхления и уплотнения отсадочной постели в зависимости от закона движения решета;

3) исследование массопереноса тяжелой метки в зависимости от амплитуды колебаний решета;

4) исследование массопереноса тяжелой метки в зависимости от высоты отсадочной постели;

5) исследование массопереноса легкой метки в зависимости от ашлитуда колебаний решета.

Перечисленные серии включают ряд опытов, позволяющих определять контролируемые величины в течение каждого отсадочного цикла.

Результата исследований подтвердили выдвинутое физическую и математическую модели отсадки на подвижном решете. При этом были обнаружены фронты разрыхления и уплотнения, перемещающиеся от нижних слоев к верхним со скоростями близкими к постоянным. Определена зависимость скорости уплотнения постели от закона движения решета, а также зависимость времени 1.лзни слоя в состоянии суспензоида от высоты постели и амплитуды колебаний решета. Также 'опреде-

лены числеашю значения кинематических параметров постели, раз-рнхленности, скорости ыассопереноса тяжелой и легкой меток. Полу-чошшс дашше, введешше в вышерассмотренную математическую модель, обеспечили проиедение численного эксперимента на ЭШ с определением послойного содержания фракций на заданном отсадочном цикле. Дли подтверждения адэкватности математической модели были поставлены опыты во отсадке угля. Сравнительные результаты расчетных и опытшх данных иллюстрируются графиками на рис. 4.

Гил, 4. Ср&гнителькие результаты численного и натурного «кепершентев отсадки угля на подломом решето.

РАЗРАБОТКА иЕТОДИКИ ШЖ.МЗА^Ш ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ПРИ- ОТСАДКЕ НА ПОДВИЖНЫ РЕШЕТЕ.

Задача оптимизации процесса отсадки на подвижном решето представлена в виде двух взаимосвязанных условий: оптимизации процесса разделения отсадочной постели; оптимизации разгрузки выделенных продуктов отсадки. Так как второе условие в современных отсадочных машинах выполняется в контуре автоматического регулирования то есть оптимизировано, для решения задачи в целом необходимо оптимизировать процесс разделения отсаживаемого материала. Дня практического решения оптимизации процесса отсадки необходимо создать соответствую^«) методику.

В настоящей работе такая методика создана и представляет следующую последовательность действий:

- выбор параметров оптимизации процесса разделения;

- корректировка математической модели отсадки под задачу оптимизации;

- выбор факторов оптимизации и определение области их существования;

- выбор интервалов варьирования факторов;

- проведение оптимизации процесса разделения методом плани-

♦

рования эксперимента;

- проведение численного эксперимента оптимизации технологии отсадки на подвижном решете;

- обработка результатов, получение оптимальных технологических параметров.

Параметрами оптимизации являются качественные, показатели процесса отсадки, такие как, извлечение "своих" фракций в продукта обогащения, среднее вероятностное отклонение, погрешность разделения, удельная энергия процесса и т. д.

При разработке методики оптимизации произведет корректировка математической модели, состоящая во вводе в основную компьютерную програмьг/ подпрограммы вычисления параметра - засорения концентрата породными фракциями.

Факторами оптимизации процесса отсадки могут быть разнообразные технологические показатели, например, амплитуда колебаний решета, частота колебаний, производительность процесса, высота отсадочной постели, число отсадочных циклов, другие факторы и их комбинации. 13 программу также заносятся константы: плотности зерен разделяемого материала, крупности зерен, содержания компонентов в исходном материале, начальная разрыхленность и прочие.

В данной работе для оптимизации процесса разделения в качестве параметра принято засорение угольного концентрат породными Фракциями, а в качестве факторов оптимизации приняты амплитуда колебаний решета и число циклов отсадки.

Определение наилучшей зависимости между параметром и факторами оптимизации, в виде алгебраического многочлена, выполнено с использованием известной программы "Полином" по методу наименьшие квадратов. Расчет производился по двум факторам с числом опытов равным 9. При этом использовался аппроксимирующий полином второй степени с числом коэффициентов равным 6. Программа позволяет строить графическое отображение функции отклика в изолиниях, определяем зону оптимальных значений факторов, вычисляет ошибку аппроксимации, вариацию, кореляциошк ; отношение.' Массив значений функции '^отклика определяется подпрограммой вычисления аасорения концентр«та породными фракциями из математической модели.

Предлагаемая методика может Сыть использована для оптимизации технологии отсадки по другим параметрам и с большим числом Докторов, является гибким инструментом оптимизации, обеспочивает юеокуь точность при шлых закатах времени.

АПР0БЛ.1Щ жтодаки датжизАидо процесса РАЗДЕЛЕНИЯ ПРИ ОТСАДКЕ НА ПОДВИЖНОМ РЕНЕТЕ.

Апробация методики производилась на ЦОФ "Донецкая" АО "Г^ков-уголь" при переработке углей шахты "Западная", а также на трганце шх рудах Никопольского бассейна.

При оптимизации процесса разделения в первом случае брался уголь класса +16 -30 мм, зольностью порядка 47%. После проведения оптимизации по разработанной методике для постели высотой Н = 0,2м наилучшими являются значения факторов: амплитуда А = 0,1 м; числа отсадочных циклов п = 20. При этом ошибка аппроксимации составляла величину порядка 0,064, вариация 1,83%, короляционное отношзние 0,92.

}

Во втором случае оптимизации процесса разделения в отсадочных машинах с подвижным решетом использованы данные работы, произведенной институтом геотехнической механики АН УССР совместно с Днепропетровским горным институтом и Орджоникидзевским горно-обогати-телышм комбинатом при испытаниях отсадочной машины СМГП-4. В результате оптимизации для получения концентрата первого сорта с содержанием марганца 46,5% при высоте отсадочной постели Н = 0,18 м и частоте колебаний решота порядка 50 мин-*, оптимальными являются следующие значения факторов: величина амплитуда А = 0,1 м; число отсадочных циклов п = 35, При пересчете второго фактора в длину решета при угле качания порядка 30°, получаем расстояние порядка 1,8 м. Оптимизация дает ошибку аппроксимации 0,08, вариацию кореляционное отношение ,91. По сравнению с базовым вариантом технологии отсадки в машине с подвижным решетом при амплитуде А = 0,06 м, числе отсадочных циклов п = 85, высоте отсадочной постели Н = 0,12 м, получено повышение концентрата первого сорта на 5% при повышении производительности ъ 1,7 раза.

НАПРАВЛЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКЦИЙ ОТСАДОЧНЫХ НАМИН С ПОДВИШШ РЕМГОМ.

Развитие технологии отсадки ка подвижном решете предусматривает разработку новых высокоэффективных конструкций отсадочных машин, в которых оптимизированы основные параметры и размеры. Для комплексного решения поставленной задачи предлагаются следующие направления оптимизации конструкций:

- оптимизация компоновочных схем, отдельных сборочных единиц отсадочных машин с целью создания параметрического ряда конструкций, охватывающих определенный круг технологических задач;

- создание оптимальных конструкций единичных образцов, предназначенных для специальных технологий узкого прикемекия при обогащении конкретного вида сырья;

- модернизация существующих отсадочных ы&шп, работающих в технологическом цикле действующих фабрик.

В процессе работы над диссертацией предложены следующие изобретения, защищенные авторскими свидетельствами, оптимизирующие конструкции отсадочных машин:

- способ отсадки и устройство для его осушеогвлекия; -

- способ разгрузки тяжелых фракций из отсадочной ыаданы и устройство для его осуществления;

- способ ХОИТрОЛЯ ПрОЦвССЛ 0968ДКИ (8&ЯВК& ка патент).

На осяоваляй ¿доведенных исследований направлений оптимизации и разработанной методики стало возможны определять основные технические хлрахтврясгнки будуввй отсадочной ишп ме «а начальных ставите рмр&боткм конструкции.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ современного состояния вопроса показал, что существующие технологии отсадки и конструкции машин с подвижным решетом в ряде случаев не обеспечивают оптимальных условий разделения зернистого материала. Это обусловлено том, что известные теории отсадки не раскрывают всех явлений механизма разделения материала в машинах с подвижным решэтом.

2. Уточнены физическая и математическая модели отсадки. Предложена математическая модель, основанная на уравнениях Колмогорова-Фоккера-Планка и теории марковских процессов. В численных экспериментах использованы современные сродства вычислительной техники, для чего разработаны специальные компьютерные программы.

3. Разработан и изготовлен специальный стенд для экспериментальных исследований, включающий оптически прозрачную модель, отсадочной машины, устройство дня регистрации на фотоматериале процесса отсадки с разворткой во времени, меченые зерна (метки) различной плотности.

4. Результаты аналитических и экспериментальных исследований показали следующее:

- впервые установлено, что при отсадке материала на подвитом решете характерным является разрыхление постели от нижних слоев к верхним;

- при решении уравнений Колмогорова-Фоккора-Планка в качестве временного интервала необходимо брать время пребывания слоя постели в состоянии суспензоида, чем обеспечивается аналитическая связь медцу параметрами математ:*Ч9Ской модели;

- функция перемешивания "Д", участвующая в уравнениях Колмо-горова-Фоккера-Планка, имеет различные значения для легкого и тя-

колого продуктов отсадки, зависит от содержания указанных продуктов в слое;

- появилась необходимость ввода в математическую модель параметра "взвешивающая способность слоя", наиболоо точно описывающего моханизм массопереноса;

- по море расслоения отсадочной постели на фракции скорости уплотнония и разрыхления изменяются в зоне плотности разделения;

- скорость уплотнения отсадочной постели зависит от закона движения решета.

5. Экспериментальные исследования показали достаточную сходимость расчетов и опытных данных, что подтвердило обоснованность предложенных моделей.

6. На основании проведенных аналитических и экспериментальных исследований разработана методика оптимизации процесса разделения угля в отсадочных машинах с подвижным решетом, что позволяет назначать технологические режимы отсадки в зависимости от характеристик исходного материала.

7. Проведена алробация методики путем сравнения раочетных и опитншс показателей работы отсадочных машин.

8. Методика предложена ПО "Лугалокуглеобогащекие", прооктным институтам для определения оптимальных режимов работы отсадочных машин с подвижным решетом при их проектировании и эксплуатации,

9. Предложены направления оптимизации конструкций отсадочных мавкн а аодвгаашм реиотом.

10, Разработанная методика аре коррективах математической моде-ля позволит оптимизировать технологию отсадки в воздушно- пульсации, ондах машинах.

11, Внедрение отсадочных машин о Подвижным решетом в угольную проьегмонкооть совисят эффективность обогащения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕД/ЩИХ РАБОТАХ: '

1. Чалвнко A.D. Новые способы отсадки в машинах с подвижным решетом. // Сборник "Обогащение полезных ископаемых".-М.: ¡«1ашино-строение, 1990.

2. Чаленко А.Ю. Новая система управления отсадочными машинами МО.//Уголь Украины. -К.: Тэхника, 1990. -№10. - с. 35.

3. Чаленко А.Ю. Новые способы управления процессом отсадки.// Тяжелое машиностроение. 4!. : 1992. -№П. -с. 36, 37.

4. A.c. №1645017, МКИ В ОЗВ 5/24, 11/00. Способ разгрузки тяжелых фракций из отсадочной машины и устройство для его осуществления. / А.Ю. Чаленко, A.C. Руль, H.H. Виноградов, Г.М. ГУрвич. // оцубл. 1991. Еюл. И6. -

5. A.c. №1694223, МКИ В ОЗВ 5/18. Способ отсадки и устройство для его осуществления. / А.Ю, Чаленко, A.C. Руль, H.H. Виноградов и др. // опубл. 1991. Еюл. №44.