Обоснование и выбор параметров дробильно-измельчительного комплекса для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения

Выскребенец, Александр Степанович

Горные машины

автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование и выбор параметров дробильно-измельчительного комплекса для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения

доктора технических наук: Выскребенец, Александр Степанович
город: Владикавказ
год: 2006
специальность ВАК РФ: 05.05.06

Диссертация по транспортному, горному и строительному машиностроению на тему «Обоснование и выбор параметров дробильно-измельчительного комплекса для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения»

Автореферат диссертации по теме "Обоснование и выбор параметров дробильно-измельчительного комплекса для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения"

07-1 3460

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ДРОБИЛЬНО-ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНОГО

КОМПЛЕКСА ДЛЯ УГЛЕРОДИСТОГО СЫРЬЯ НА БАЗЕ СПОСОБА ДИНАМИЧЕСКОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Специальность; 05.05.06-«Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукописи

Владикавказ 2006

Работа выполнена в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете) на кафедре «Технологические машины и оборудование»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор ГОЛИК ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ЧИЧЕНЕВ НИКОЛАЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

доктор технических наук, профессор СЫСОЕВ НИКОЛАЙ ИВАНОВИЧ

доктор технических наук, профессор СОРОКЕР ЛЕВ ВЛАДИМИРОВИЧ

Ведущая организация:

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Защита состоится 02.03.2007 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.246.02 в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете) по адресу: 362021, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

Факс (8672)-407-203 Email: skgtu@skgtu.ru

Отзывы на автореферат о двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 30.01.2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

------ , ц ц д я

ГОЖре ВЕННАЯ

20,0?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Процессы дробления и измельчения материалов занимают важное место в различных отраслях производственной деятельности. Особенно важную роль дробление и измельчение играет в горно-рудной и угольной промышленности при обогащении полезных ископаемых, в цветной и черной металлургии при подготовке шихтовых материалов, при производстве электродов, в топливно-энергетическом комплексе, в производстве строительных и химических материалов. Дроблению и измельчению ежегодно подвергаются миллионы тонн материалов, потребляя при этом порядка 10 % производимой в мире электроэнергии.

В связи с переходом на угольное топливо происходит непрерывный рост объемов обогащаемых углей. Процессы дробления и измельчения занимают значительное место в технологических схемах обогащения углей, их брикетирования, коксования, выпуска сортовых углей, переработке отходов гравитационного обогащения, окомкования рудного сырья.

Измельчение углей и на их основе углеродистых материалов является главной технологической операцией в производстве электродных, огнеупорных, электроугольных изделий, химически стойких и антифрикционных материалов, в теплоэнергетике, графитированных блоков и деталей для атомной энергетики, электродных масс для алюминиевой промышленности, подготовке угольного топлива в теплоэнергетике.

Широкая область использования углеродистых материалов определяет различные требования к гранулометрическому составу продуктов дробления и измельчения. Так, при окомковании рудного сырья требуется антрацит с размером зерен -3+0, при изготовлении анодной массы - 8+0, для сжигания углей в барабанных сушилках и трубчатых печах требуется тонкий помол.

Применяемое в настоящее время дробильно-измельчительное оборудование характеризуется значительным износом высококачественной стали, удельным расходом электроэнергии на тонну готовой продукции, низкой удельной производительностью. В горно-рудной промышленности расходуется на измельчение около 40 % от всей используемой энергии, при. переработке углей и углеродистых материалов - около 60 %.

:."'';] г

С' ■

Учитывая низкий к.п.д. используемого в настоящее время дро-бильно-измельчительного оборудования (менее 1 %), большие объемы перерабатываемых углеродистых материалов, усовершенствование существующего и разработка принципиально нового оборудования является актуальной проблемой.

Одним из современных направлений в технике измельчения материалов является разработанный в Северо-Кавказском горнометаллургическом институте способ динамического самоизмельчения и создаваемые на его основе мельницы динамического самоизмельчения типа МАЯ (мельница А. Ягупова), которые относятся к классу центробежных мельниц. Отличительной особенностью мельниц МАЯ является интенсивное динамическое воздействие на разрушаемый материал, вызывающее его самоизмельчеиие.

Для получения зерновых фракций углеродистых материалов в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте разработана центробежная дробильно-измельчительная установка (ДИУ). Использование мельницы динамического самоизмельчения МАЯ и дробиль-но-измельчительной установки позволит существенно упростить технологическую схему подготовки зерновых фракций углеродистых материалов. Для практического освоения нового дробильно-измельчительного комплекса необходима надежная методика по определению и выбору его основных технологических и конструктивных параметров.

Цель работы - обоснование и выбор параметров цетробежных дробильно-измельчительных комплексов для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения.

Идея работы - теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение эффективности применения дробильно-измельчительных машин на базе мельниц динамического самоизмельчения, сочетание в одной установке процессов дробления и измельчения.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов н рекомендаций подтверждаются использованием: проверенных практикой теорий разрушения упруго-хрупких материалов, современных методов математической статистики и планирования экспериментов, современной измерительной и вычислительной техники, а также хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученных в лабораторных условиях и в

процессе опытно-промышленной эксплуатации (расхождение в пределах 6^8 %).

Научные положения

1. Скоростные режимы движения кусков материала в дробильно-измельчительных установках и мельницах МАЯ, реализующих способ динамического самоизмельчения, определяются соотношением вертикальной составляющей вектора центробежной силы, действующей на кусок, и вектором силы тяжести от столба материала. В зависимости от этого соотношения различают: режим без циркуляции в вертикальной плоскости, режим динамического самоизмельчения с циркуляцией материала в вертикальной плоскости и режим с критической частотой, при которой весь материал выбрасывается из ротора.

2. Граничные значения скоростных режимов определяются размерами установки, степенью заполнения корпуса измельчаемым материалом и его физико-механическими характеристиками: коэффициентом внутреннего трения, крупностью кусков, относительной влажностью.

3. Производительность установок по исходному углеродистому материалу преимущественно определяются типоразмером установки, величиной разгрузочной щели, скоростью ротора, измельчаемостью материала, его прочностными характеристиками. При этом для сухого помола углеродистого сырья относительная влажность не должна превышать 6 %, а максимальная крупность кусков исходного материала не должна превосходить одной десятой диаметра ротора.

4. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что величина момента на валу ротора дробильно-измельчительных установок и мельницы МАЯ зависит от их типоразмера, скоростного режима, коэффициента внутреннего трения материала, прочности частицы, разрушаемой в полостях дробления кольцевого зазора, и носит монотонный возрастающий характер.

5. Зависимость энергоемкости измельчения от основных параметров процесса носит экстремальный характер с минимальными значениями, соответствующими началу режима динамического самоизмельчения.

7. Зерновые фракции углеродистого сырья целесообразно получать на дробильно-измельчительных установках, созданных на основе способа: динамического самоизмельчения, а пылевые фракции - в

мельницах МАЯ. При необходимости получения сложного гранулометрического состава целесообразно объединять эти машины в последовательную технологическую линию.

Научная новизна

1. Выявлена закономерность скоростного режима с учетом параметров ротора, высоты слоя материала; характеристик разрушаемого материала; коэффициента внутреннего трения, предела прочности и размера кусков, поступающих в установку.

2. Оптимальный режим динамического самоизмсльчения может быть реализован при давлении столба на чашу ротора в пределах от 4 до 6 кПа, влажности исходного материала до 6 %, независимо от размера разгрузочной щели, крупности кусков исходного материала не более 0,1 диаметра ротора.

3. Экспериментально установлена зависимость производительности от площади разгрузочной щели, скорости ротора, крупности и прочности материала, типоразмера установки.

4. Разработана методика определения крутящего момента и мощности на валу ротора и их составляющих на основании силового взаимодействия материала, находящегося в роторе, над ротором, в камерах дробления кольцевой щели, с силовыми элементами дро-бильно-измельчитсльного комплекса.

Научное значение

1. Выявленная зависимость скоростного режима от параметров ротора, высоты слоя материала, коэффициента внутреннего трения, предела прочности и размера кусков разрушаемого материала позволила определить оптимальную частоту вращения ротора, рационально использовать управляемые параметры для оптимизации процесса разрушения.

2. Установленные закономерности режима динамического самоизмельчения от давления столба материала на чашу, влажности и крупности исходного материала позволили определить диаметр ротора в зависимости от крупности разрушаемого материала; высоту корпуса ДИУ и МАЯ - в зависимости от вида разрушаемого материала; размер разгрузочной щели - от предельного содержания влаги в исходном материале.

разработать методику расчета производительности как общей, так и по узкому классу крупности.

4. Выведенная зависимость момента на валу ротора позволила определить значение момента на преодоление силы трения между слоями материала, а также сопротивления от разрушения материала в полостях дробления и на сообщение материалу необходимой угловой скорости.

Практическое значение работы:

1. Определено оптимальное воздействие управляющих факторов на процесс разрушения материала и дробильно-измельчительном комплексе.

2. Разработана методика расчета и выбора основных технологических и конструктивных параметров в центробежных дробильно-измельчительпых комплексах.

3. Разработаны рекомендации по защите от износа основных рабочих элементов ротора, статора, камер дробления.

4. Разработаны рабочие чертежи, а также изготовлены опытно-промышленные образцы МАЯ-К-10 и ДИУ-К-6 с последующим изготовлением опытной партии машин.

Реализация выводов и рекомендаций

Разработан комплект конструкторской документации для изготовления опытно-промышленного образца мельницы динамического самоизмельчения МАЯ-К-10, который был реализован на Днепровском электродном заводе.

По результатам исследований и опытно-промышленной эксплуатации мельниц МАЯ-К-10 на углеродистых материалах разработана методика расчета основных технологических и конструктивных параметров мельницы, которая использована Днепропетровским заводом металлургического оборудования (ДЗМО) при проектировании и изготовлении опытной партии мельниц МАЯ-К-10.

Для получения зерновых фракций построена и прошла опытно-промышленную эксплуатацию дробильно-измельчительная установка ДИУ-К-6 на Садонском свинцово-цинковом комбинате.

Рекомендации по проектированию дробильно-измельчительной установки использованы АО «Агат» (ранее Георгиевский ремонтно-механический завод) при изготовлении промышленной партии мельниц центробежного типа.

Апробация работы

Результаты исследований, выполненных в диссертационной работе, были доложены на ежегодных научно-технических конференциях и расширенных заседаниях кафедр технологических машин и оборудования, технологии разработки месторождений СКГМИ (ГТУ) (секция горной механики и технологических машин и оборудования); на объединенном заседании механоремонтной и обогатительной секций технического совещания при главном механике Норильского горно-металлургического комбината; на заседании технического Совета Братского алюминиевого завода; на Уральском семинаре «Механика и процессы управления» (Екатеринбург, 2001 г., Уральское отделение РАМ).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Содержит 229 страниц текста, 53 таблицы, 55 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Большое разнообразие дробильно-размольного оборудования, применяемого для разрушения углеродистых материалов, объясняется как разнообразием их физико-химических свойств и требованиями технологии, так и несовершенством применяемых конструкций. Из анализа отечественных и зарубежных данных можно определить ряд требований современного производства к дробильно-измельчитепь-ным машинам. Важнейшими из них являются: наименьший удельный расход энергии, высокая производительность, непрерывность в работе, простота конструкции, возможность быстрой смены изношенных деталей, малые габариты и масса, минимальное пылеобразование при работе, отсутствие шума.

Из рассмотренных современных способов измельчения материалов наиболее перспективным является использование центробежных дробильно-измельчительных установок. Машины данного типа характеризуются концентрацией значительной энергии в малом объеме, значительно меньшим удельным расходом энергии на тонну продукта, большей удельной производительностью, меньшей металлоемкостью.

Более перспективным является метод самоизмельчения при соударении кусков и частиц материала (материал о материал). Мельница динамического самоизмельчения (МАЯ) относится к классу роторных центробежных мельниц. В основу ее работы положен способ измельчения материала в результате соударения, сжатия, скалывания и истирания частиц друг о друга.

Промышленные испытания подтвердили высокую эффективность работы мельницы динамического самоизмельчения на углеродистых материалах. На базе аналитических, лабораторных и промышленных исследований разработана теоретическая основа для определения скоростных режимов работы мельницы, производительности, оптимального давления столба материала на ротор, оптимальной крупности исходного материала.

Выполненные автором аналитические разработки (до 1995 г.) получили дальнейшее развитие в работах В.Н.Хетагурова, М.В.Гегелашвили. Для математического описания движения материала в мельнице В.Н.Хетагуров использовал гидродинамическую модель. Движение характеризуется вращательной, радиальной и осевой скоростью. Закручивание материала в корпусе мельницы происходит благодаря силам вязкости. Загрузка мельницы приравнивается к вязкой несжимаемой ньютоновской жидкости. В качестве ротора был принят плоский диск. М.В.Гегелашвили представляет внутри-мельничную загрузку для аналитического описания как сыпучую среду. Следует отметить, что при сухом размоле углеродистых материалов в мельнице находится неоднородный кусковой материал как по прочности, так и по гранулометрическому составу, на процесс разрушения которого будет существенно влиять влажность, коэффициенты трения, скорость ротора, давление столба материала. При мокром размоле, кроме перечисленных факторов, будет влиять отношение твердого к жидкому.

Для широкого промышленного освоения центробежных мельниц необходимы:

- надежная теоретическая база для инженерных расчетов основных параметров мельницы, производительности, скоростных режимов, мощности привода, оптимальной влажности материала и крупности питания, высоты слоя материала над ротором;

- конструктивная доработка мельницы, которая позволит управлять в широких пределах её технологическими параметрами, гранулометрическим составом продуктов измельчения;

- сочетание в одной установке процессов дробления и измельчения с целью получения зерновых фракций при минимальных затратах энергии;

- увеличение срока службы наиболее нагруженных деталей ротора.

Вышеперечисленные задачи не представляется возможным решить на базе рассмотренных работ, которые посвящены изучению мельниц динамического самоизмельчения применительно к мокрому измельчению рудных материалов для их последующего обогащения.

Теоретическое и экспериментальное исследование основных параметров мельницы

Основные задачи теоретических исследований направлены на определение основных энергетических, технологических и конструктивных параметров мельницы, к которым относятся:

- исследование влияния частоты вращения ротора на режим самоизмельчения;

- влияние прочности материала на частоту вращения ротора;

- исследование основных факторов, определяющих крутящий момент на валу ротора;

- исследование производительности для углеродистых материалов и факторов, влияющих на се значение.

Рассматриваемые вопросы по обоснованию и выбору параметров мельницы анализируются с точки зрения законов механики, для уп-ругохрупких материалов, на базе силовых взаимодействий, обусловленных гравитационным полем, инерцией и трением.

В зависимости от частоты вращения ротора возможны следующие скоростные режимы работы мельницы:

1. Работа мельницы без циркуляции материала, находящегося в чаше ротора. Этот режим работы наблюдается при такой частоте вращения, при которой давление вертикальной" составляющей центробежной силы (рис. 1 а) у периферии чаши С„ не превышает давление Г столба материала, расположенного выше, т. е.

С„<Р. (1)

Рис. I. Скоростные режимы работы мельницы динамического самоизмельчения.

2. Работа мельницы с непрерывной циркуляцией материала в чаше (рис. 1 б) - динамический режим самоизмельчения. При этом давление от вертикальной составляющей центробежной силы равно или больше давления столба материала, т.е.

С„>Р. (2)

Частицы материала, увлекаемые лопастями чаши, в горизонтальном направлении движутся по круговым траекториям от центра к периферии. В вертикальном направлении, у периферии чаши, по наклонной плоскости движутся восходящие потоки, а в центральной части - нисходящие.

3. Работа мельницы с критической частотой вращения (рис. 1 в), при которой материал, находящийся в чаше, под действием центробежной силы выбрасывается из нее, т.е.

С» Р. (3)

В первом режиме при небольших скоростях измельчение происходит за счет трения слоев в горизонтальной плоскости. Он характеризуется тонким помолом и малой производительностью.

Во втором режиме, с циркуляцией, измельчение происходит в основном за счет ударных, скалывающих и сжимающих нагрузок. Материал, получив запас кинетической энергии в чаше, расходует ее

в активной зоне за счет резкого перепада скоростей. Следовательно, расход энергии на размол будет значительно меньше.

В третьем режиме размол материала происходит за счет удара верхних кромок лопастей о материал. Мельница в этом режиме чувствительна к разбалансировке, характеризуется повышенным удельным расходом энергии и вибрацией.

Для определения частоты вращения ротора во втором скоростном режиме, при условии движения материала в чаше от ступицы к периферии, рассмотрим мельницу (рис. 2) радиусом чаши Я, высотой чаши й, радиусом ступицы гш, заполненную иа высоту Н материалом с диаметром частиц с1. Возьмем начало координат О в центре днища чаши.

г,

от

Рис. 2. Схема сил, действующих на элементарную частицу.

Рассмотрим упрощенный вариант силового взаимодействия на частицу материала, находящуюся на лопасти ротора. Допустим, что поток материала в роторе состоит из частиц, размер которых несоизмеримо мал по сравнению с диаметром ротора. Частицы внутри ротора движутся в поле центробежной и гравитационной сил. Причем силовое взаимодействие между частицами не учитывается, за исключением давления столба материала.

На частицу массой т, находящуюся на расстоянии х от оси вращения ротора, действуют силы:

центробежная

С = т&2х;

(4)

тяжести частицы

С = %т\

(5)

веса столба материала

(6)

трения от веса столба материала

= кп^ --ооьа;

(7)

трения от веса частицы

сова;

(8)

трения от нормальной составляющей центробежной силы

= кзп(о2хв'та

(9)

где а- угол наклона касательной к траектории час-тицы;

к - коэффициент внутреннего трения материала. Тангенс угла наклона касательной к оси х равен:

ты2 х-km cos cosa + g cos а + or* sin а)

tea = ~ =__-_—-

g Эх H

gm + — gm d

- к cos a(g — cos a + g cos a + a2x sin a) _d_

r, H \ g{ 1 + —)

(10)

Решим уравнение (10) относительно со при x~R,y = h:

In-

to;

H_ d

h + kcos2 a (R + rcm)

(l - к cos a sin a) • - r¿m )

(И)

При a = 45° выражение (1 - к cos a sin a) близко к единице. Тогда формула примет вид:

со:

2g(u +0,5 £ (Л+ rCffl)]

Р2

R ~'ст

(12)

Для определения частоты вращения третьего скоростного режима рассмотрим условия равновесия частицы на поверхности чаши, которое наблюдается в зоне разделения потоков на восходящие и нисходящие.

Частица находится в равновесии (рис. 3) при условии равенства сил - центробежной и трения

2 , Я , 2 , (Н , meo х-к—mg + kmg, <а x = kg\—+1 d \d

Рис. 3. Схема к расчету критической частоты врат* и усредненного момента 'фения между слоями мат с,

Из (13) радиус разделения потоков в чаше на воех» ходящей во втором скоростном режиме равен:

Х = Г\ =

со2

В третьем скоростном режиме, когда материал центробежной силы выбрасывается из чаши,

>1 ~Га

Критическая частота вращения

со

кр

К*

Очевидно, что наименьший износ верхней кромки радиального ребра будет на расстоянии г, (см. рис. 3), в области разделения потоков. Такой же характер износа радиального ребра чаши обнаружен у МАЯ-К-10 (рис. 4) после работы в течение 500 часов. Характер износа радиального ребра подтверждает предположения, сделанные в отношении траектории движения материала в мельнице.

Рис. 4. Радиальное ребро чаши мельницы МАЯ К-10 после пятисот часов работы.

Экспериментальное и теоретическое значение радиуса /'1 входа материала в чашу для мельницы МАЯ-К-10 отличаются друг от друга на 2,8 %. Таким образом, выражение (14) с достаточной точностью определяет границу разделения потоков на восходящий и нисходящий в зависимости от частоты вращения ротора, высоты столба материала, крупности частиц и коэффициента внутреннего трения материала.

Очевидно, что частота вращения ротора зависит от прочности измельчаемого материала. Необходима такая оптимальная частота вращения ротора, при которой частица, выброшенная ротором, будет обладать необходимым запасом кинетической энергии для ее разрушения. Углеродистые материалы обладают упругохрупкими свойствами. На основании этого рассмотрим удар шарообразной частицы массой т о жесткое препятствие.

Определим из условия равенства ударной силы инерции и силы, необходимой для ее разрушения, упругое сопротивление в частице массой т по методике В.П.Рамадина.

т-

йгх

-Р,

(17)

где х - величина деформации частицы;

Р - сила взаимодействия частицы с препятствием (разрушающая сила).

При остановке частицы сила Р равна максимальному ее значению Ртах и по методике Герца

ах=

3 1-/Г

ГХ'

(18)

где

3 1-

г ;

(19)

(д. - коэффициент Пуассона, для различных марок углей ц = 0,25; г - радиус частицы.

Усилие давления, необходимое для разрушения частицы, достигнет своего максимального значения при х = хтях в момент полной ее остановки:

1тах

,685 г

о,

V в у

(20)

Найдем скорость Оа, необходимую для разрушения частицы, выброшенной ротором в активную зону измельчения. На частицу будет действовать не только напряжение с*о, вызванное действием силы Ршх, но и напряжение сжатия ст(, в активной зоне измельчения:

шах

3,1 Ег

ТС г

п г

'"О

V ьзв )

зв ;

(21)

где Е - модуль упругости; озв - скорость звука.

Тогда (с0 = £б _Но

Учитывая что и

зв

(23)

°0 =

Её (ар -стс)

(24)

где у - удельный вес;

g - ускорение свободного падения. В зависимости от прочности материала в формулу угловой скорости ротора нами введен коэффициент, характеризующий прочность материала па:

Таким образом, при расчете частоты вращения ротора для центробежной мельницы, в зависимость (12) необходимо ввести поправочный коэффициент, учитывающий прочность измельчаемого материала. При этом должно соблюдаться условие

(25)

со>

В выражении (25) па =

где оз1тт - частота вращения ротора, полученная экспериментально, при которой мельница работает с минимальным удельным расходом энергии;

(йРас - расчетное значение частоты вращения ротора по форму. ле 12.

Эксперименты по определению со0„„, проводили на установках МАЯ-К-3, МАЯ-К-4,6.

Для каждого материала была определена оптимальная частота вращения, при которой достигался минимальный удельный расход энергии на единицу измельченного материала (размер разгрузочной щели составлял 2-4 мм).

Результат серии опытов математически обработаны и приведены в виде графика (рис. 5)

Таким образом, оптимальная частота вращения ротора, при минимальном удельном расходе энергии, соответствует скорости, необходимой для разрушения материала Сйопт » СО§ и частоте вращения

ротора, при которой происходит циркуляция материала в вертикальной плоскости. Зависимость поправочного коэффициента от прочности углеродистых материалов показана на рис. 6.

ю >о ;.и « 50

Частота вращения ротора, 1/с

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 СТ,МПа

Рис. 5. Зависимость удельного расхода энергии от частоты вращения ротора.

Рис, 6. Зависимость поправочного коэффициента пе от прочности измельчаемого материала.

Крутящий момент на валу ротора

■ М=М\ + М1 + Мъ + Щ±Ми (27)

где М\ - момент трения в подшипниковых опорах;

М2 - момент трения в кольцевом зазоре, образованном верхней кромкой чаши и кольцом;

М-$ ~ момент, необходимый для сообщения материалу вращательного движения;

МА - усредненный момент треиия между слоями материала, увлекаемого чашей и расположенного над ней; М5 - динамический момент, необходимый для преодоления сил инерции элементов привода. Момент трения в подшипниковых опорах и методика его определения общеизвестна. В общем виде М\ может быть представлен следующей зависимостью:

(28)

где (X) - коэффициент трения в подшипнике;

Р\ - приведенное радиальное усилие (натяжение клиноре-менной передачи, усилие, возникающее в разгрузочном зазоре, усилие от динамической неуравновешенности); с!,, - диаметр цапфы. Момент трения в кольцевом зазоре

Зазор клиновой формы с углом у (рис. 7) получен в результате .непараллельности оси кольца и чаши. В этом случае возникает условие заклинивания и раздавливания материала на участке от максимального зазора к минимальному. Момент в зазоре

= пЛ-^-П,- .(29)

2 ¿эту

Момент на сообщение материалу вращательного движения

1 6

М2 - Л ХрК^ — • оз

1Л1§к

со2

л/2яЯ,

(30)

где Ли - радиус инерции; в - угловое ускорение; X — коэффициент истечения.

Рис. 7. Схемы к определению момента в кольцевом зазоре.

Усредненный момент трения между слоями материала

М 4 = у gnp Нк (к 3 - ).

(31)

В общем случае при работе мельницы в установившемся режиме момент на валу ротора является функцией

М-/(Я, со, Н, к, р, а, к), (X).

(32)

Для получения зависимости крутящего момента от влияющих на него факторов использован полный факторный эксперимент.

Экспериментальные исследования по выявлению значимых факторов проведены на лабораторных мельницах с диаметрами роторов 300 и 460 мм и опытно-промышленной МАЯ-К-10 с диаметром ротора 1000 мм. Результаты испытаний показаны на рис. 8.

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Рис. 8. Диаграмма рангов.

Выразим высоту слоя материала и объемную массу через удельное давление материала

Р = Н ря, . (33)

а частоту вращения и радиус чаши через окружную скорость

и = соЯ . (34)

Окончательно получим

М=/(ь,Р,К). (35)

В качестве математической модели принята неполная кубическая функция.

Зависимость момента от исследуемых факторов

ппо 0,52 п0,35+0,471пя'

М = Р—-. (36)

Определение производительности мелышцы

Производительность мельниц МАЯ для углеродистых материалов зависит от целого ряда факторов и определяется на основании предварительных экспериментальных исследований в лабораторных и промышленных условиях.

Факторы, оказывающие влияние на работу мельницы динамического самоизмельчения, в зависимости от ранга:

1. Площадь разгрузочного отверстия.

2. Окружная скорость чаши ротора.

3. Коэффициент К,/, характеризующий крупность исходного материала,

07)

где В- диаметр чаши,

<1 - средний диаметр частиц. 4. Измельчаемость материала способом динамического самоизмельчения К„.

Таким образом, производительность является функцией

(38)

Для получения математической зависимости () у, К,!) исполь-

зован полный факторный эксперимент.

Формула производительности с учетом коэффициентов масштабного фактора Ко и измельчаем ости материалов Ки примет вид:

01.29 ¿1.34*11,11 & ~ 83/г0,075(1по+1,11 к"к° ' (39)

где К г

'V1'65

(40)

Д - диаметр ротора;

1>2 - диаметр ротора базовой мельницы равен 300 мм.

Коэффициент измельчаемости показывает во сколько раз производительность мельницы на исследуемом материале Ох больше, чем на эталонном при одинаковом начальном гранулометрическом составе материала и конечной тонкости помола.

В качестве эталонного материала принят антрацит:

Кг,А, (41)

>¿0

где Qx, <20 - производительность мельницы на исследуемом и на эталонном материале соответственно.

Таблица 1

Коэффициент измельчаемости для углеродистых материалов

Вид материала Размер выходной щели, мм

8 6 2

Антрацит 1 1 1

Кокс нефтяной 1,4 1,25 1,2

Кокс пековый 0,72 0,8 0,88

Угольная пена с электролизеров. 1,3 1,25 1,1

Отработанные аноды алюминиевого

производства 1,2 1,0

Катодные блоки, прессованная продук-

ция электродного производства 0,6 0,7 0,74

Оптимальное давление слоя материала на чашу ротора

Для создания условий динамического самоизмельчения необходимо создать определенную величину давления слоя материала над чашеобразным ротором. Влияние давления материала на производительность и потребляемую мощность исследовали по методу комбинационных квадратов. Исследования проводили на мельницах с диаметром роторов 300,460 и 1000 мм (МАЯ-К-3, МАЯ-К-4,6, МАЯ-К-10).

Результаты экспериментов показаны на рис. 9, 10. Кривые зависимости Q=f{P) и М=/(Р) получены при частоте вращения ротора МАЯ-К-3 - 49 с1, МАЯ-К-4,6 - при 37с". Полученные кривые можно разбить на три участка. На первом участке при давлении до 3 кПа мельница работает в режиме мешалки, так как давление столба материала недостаточно для режима динамического самоизмельчения. Измельчение происходит за счет истирания движущихся слоев материала. На втором участке с давлением 3,5 кПа мельница работает с максимальной производительностью в режиме динамического самоизмельчения.

Удельное давлен ие столба материала на чашу, кПа

Рис. 9, Зависимость момента (7), производительности (2) от давления для МАЯ-К-3.

Удельное давление столба материалам чашу, кПа

Рис. 10. Зависимость момента (/), производительности (2) от давления

для МАЯ-К-4,6.

На третьем участке с давлением более 5 кПа величина давления восходящего потока материала из чаши меньше давления столба материала.

Этот режим характеризуется мелким помолом и значительным расходом энергии. При дальнейшем увеличении давления рост производительности стабилизируется, а момент продолжает увеличиваться. Следовательно, оптимальное давление столба материала, согласно графику <2 ~/(Р), определяется границами третьего участка, т.е.

Р - —трг = 62Г>0,7 кПа. (42)

ВТ

Влияние влажности на процесс измельчения

Влажность исходного материала оказывает существенное влияние на работу мельницы. Прежде всего, производительность мельницы зависит от влажности материала, т. к. изменяются условия выгрузки готового продукта. Для углеродистых материалов (антрацитов, бурых углей) максимальная влажность составляет 4-6 %. При дальнейшем увеличении влажности интенсивность размола снижает-

ся не только за счет затруднительной выгрузки материала через кольцевую разгрузочную щель, но и в результате изменения механических свойств влажного материала. Наименьшая производительность соответствует значению наибольшей прочности коагуляцион-ной структуры влажного порошка.

В результате экспериментов по выявлению влияния влажности на производительность установлено, что изменение влажности от 2 до 5 % на производительность существенного влияния не оказывает (рис. 11). Предельное содержание влаги, при которой производительность мельницы равна нулю (щель замазывается), при щели 2; 4; б и 8 мм равно соответственно 6; 7; 10 и 11 %.

Влажность, %

Рис. 11. Зависимость производительности МАЯ-К-3 от влажности для размера щели, мм: 2 (/), 4 (2), б (3), 8 (</).

Предельная крупность исходного питания

Для работы мельницы в динамическом режиме самоизмельчения необходимо, чтобы радиус чаши был больше трех диаметров кусков Л > 3с1 + гст, О > 6с/ + с1ст, а глубина чаши была больше двух диаметров кусков - условия циркуляции материала в чаше ротора, т.е.

к>2 с1.тях.

На лабораторных установках были проведены исследования зависимости удельного расхода энергии от крупности питания при измельчении термоантрацита.

Зависимость удельного расхода энергии от крупности материала показана на графике рис. 12. Видно, что для мельницы МАЯ-К-3 при крупности кусков более 30 мм резко возрастает удельный расход энергии, ухудшаются условия циркуляции материала в чаше. Для мельницы МАЯ-К-4,б предельной крупностью являются куски размером 40 мм. Таким образом, по результатам проведенных экспериментов соотношение между диаметрами будет:

0>Штях. (43)

Рис. 12. Зависимость расхода энергии от крупности питания.

Конструктивная разработка и промышленные испытания мельницы динамического самоизмельчения

Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований на лабораторных установках позволяют принять при выборе схемы компоновки мельницы, следующие положения:

- ротор мельницы установить в двух подшипниковых опорах, исключая консольность крепления;

- основным узлом крепления принять верхнюю подшипниковую опору;

- для защиты подшипниковых узлов от абразивного износа верхняя подшипниковая опора максимально удалена от зоны измельчения и воспринимает радиальную и основную осевую нагрузки. Нижняя опора также должна быть выведена из зоны измельчения и воспринимать только радиальную нагрузку;

- привод мельницы должен располагаться в верхней части, так как поток материала направлен сверху вниз. В верхней части мельницы привод находится в наиболее благоприятных условиях, ввиду удаления от зоны пылеобразования.

Исследования по измельчению углеродистых материалов показали высокую эффективность работы мельницы динамического самоизмельчения. В результате была запроектирована мельница МАЯ-К-10 основные технологические и конструктивные параметры определены по результатам аналитических исследований. Мельница МАЯ-К-10 (опытный образец) (рис. 13) состоит из ротора 4, чаши 9, вала 6, подшипниковых узлов 3, 11, лабиринтной защиты нижнего подшипника 10, кольца 8, винтовых домкратов 7 корпуса 5, металлоконструкции 73, коллектора 12, привода 1, загрузочной течки 2. Измельченный материал выгружается через горизонтальную кольцевую щель, которая образована верхней кромкой чаши 9 и кольцом 8.

Промышленные испытания МАЯ-К-10 проводили на Днепровском электродном заводе в технологической линии производства анодной массы в соответствии с полным факторным экспериментом. Исследовали частоту вращения ротора, мощность, производительность, давление столба материала, крупность, влажность, прочность исходного материала на работу мельницы.

По результатам опытно-промышленной эксплуатации мельницы МАЯ-К-10 на Днепропетровском заводе металлургического оборудо-

вания (ДЗМО) была изготовлена опытная партия машин с диаметром ротора 1м.

Из анализа работы мельницы динамического самоизмельчения на углеродистых материалах следует отметить ее высокую эффективность по сравнению с существующим измельчительным оборудованием. Это прежде всего большая удельная производительность (1,5 + 2, 5 раза); меньший удельный расход энергии (2 + 3 раза); значительно меньший удельный износ металла рабочих органов по сравнению с шаровыми барабанными мельницами.

Несмотря на вышеизложенное, существенным технологическим недостатком мельницы МАЯ является переизмельчение материала (табл. 2) и невозможность получения зерновых фракций требуемого состава.

К конструктивному недостатку следует отнести отсутствие механизма регулирования гранулометрическим составом продукта измельчения.

Таблица 2

Гранулометрический состав продукта измельчения при работе мельницы в оптимальных режимах на различных по прочности материалах

Содержание классов, %

Класс, мм требуемый состав кокс нефтяной термоантрацит кокс пеко-вый использованный катод

-8+1 36 38,2 32,0 28 16,8

-1+0,5 28 26,3 24,7 12,8 15,1

-0,5+0,16 26 18,4 22,4 23,8 30,7

-0,16+0 10 12,1 17,2 25,3 29,6

+8 0 5,0 3,7 10,1 7,8

Обоснование и выбор параметров дробильно-измельчительной установки для получения зерновых фракций

С целью получения продуктов тонкого помола и зерновых фракций разработана конструкция дробильно-измельчительной установки

(ДИУ) на базе способа динамического самоизмельчения, которая сочетает процесс динамического самоизмельчения и процесс дробления материала в кольцевом пространстве переменного профиля. Кроме того, в конструкции имеется узел статора, изменяя положение которого можно регулировать, в широком диапазоне, фракционный состав продукта измельчения. Это позволяет настраивать мельницу для работы на материалах различной прочности.

В дробильно-измельчительной установке возможно получение продукта широкого фракционного состава с возможностью изменения его крупности и соотношения фракций. Это особенно важно при подготовке шихты в различных производствах. Получение широкого фракционного состава стало возможным благодаря сочетанию процессов дробления и динамического самоизмельчения.

Дробилы-го-измельчительная установка (рис. 14) состоит из вертикально расположенного цилиндрического корпуса 1 с сооснб установленным в нем валом 2, на котором закреплен чашеобразный ротор 3 со съемным кольцом 4, В верхней части вала крепится шкив

5 клиноременной передачи. Вал 2 ротора установлен в подшипниковые опоры - верхнюю б и нижнюю 7. Регулировочное кольцо 8 установлено на трех винтовых домкратах 9, которые крепятся к корпусу 1 кронштейнами 10. Домкраты 9 установлены по периметру корпуса через 120°. Верхняя подшипниковая опора

6 опирается на траверсу 11, нижняя подшипниковая опора 7 - на траверсу 12. В нижней части корпуса имеется разгрузочный лоток 13, в верхней части - загрузочный патрубок 14. Чаша ротора имеет форму перевернутого полого усеченного конуса, внутри которого равномерно установлены шесть вертикальных радиальных ребер 15. "

Съемное кольцо 4 сопряжено с рабочей поверхностью ротора 3 наклонной волнообразной поверхностью в окружном направлении. Конусность нижней сопрягающей поверхности съемного кольца совпадает с конусностью чаши ротора, при этом конусность верхней сопрягаемой поверхности съемного кольца больше конусности нижней сопрягающей поверхности. Регулировочное кольцо 8 со стороны кольцевой полости выполнено в виде обратного конуса. Таким образом, оба кольца (регулировочнае и съемное) в окружном направлении образуют ряд полостей дробления 16 и по-

лостей выгрузки 77, которые заканчиваются в радиальном направлении разгрузочной щелью 18.

Исходный материал равномерно подается через загрузочный патрубок 14. Для работы мельницы в оптимальных режимах над чашей 3 необходимо иметь слой материала, который создает давление над чашей 6-7 кПа. При вращении ротора материал разгоняется радиальными ребрами 75 до скорости 10-15 м/с и выбрасывается из чаши в активную зону самоизмельчения, которая находится над чашей. Частицы материала, которые соизмеримы с размером калибровочной разгрузочной щели, под действием центробежной силы выбрасываются из мельницы и попадают на разгрузочный лоток 13. Крупные частицы материала возвращаются в чашу 3, и цикл повторяется.

Окатанные частицы материала, которые неэффективно измельчаются в активной зоне самоизмельчения, под действием центробежной силы попадают в полости дробления 76, находящиеся между съемным кольцом 4 и регулировочным кольцом 8. После дробления в полостях 16 материал переходит в полости 77, а затем под действием центробежной силы - в калибровочную разгрузочную щель 18.

Изменяя высоту разгрузочной щели и положение статора над ротором возможно получение требуемого фракционного состава продуктов измельчения, независимо от прочности материала.

Параметры полостей дробления

Параметрами полостей дробления (рис. 14, рис. 15) являются: центральный угол камеры дробления, угол подъема калибрующего кольца, максимальный угол опускания нижней кромки камеры дробления, максимальная высота камеры дробления. Число камер дробления определено исходя из силового взаимодействия частицы, находящейся в кольцевой щели, и физико-механических характеристик исходного материала. Анализ показывает, что размеры и форма камер дробления ограничиваются допустимым углом захвата и силам внешнего трения.

Для дробильно-измельчительных установок (ДИУ) определяется пропускная способность камер дробления и калибрующей щели.

Рис. 15. Один сектор чаши с фрагментом калибрующего кольца.

Пропускная способность камер дробления

Пропускная способность кольцевого зазора с камерами дробления рассчитана на основе уравнения неразрывности потока, применяемого в теории сплошных сред. Применительно к рассматриваемому случаю такое уравнение записано в виде

где иср - средняя скорость движения материала в радиальном направлении;

Рщет - площадь поперечного сечения кольцевой щели в

расчетном сечении;

- коэффициент заполнения поперечного сечения; рЛ( - плотность измельчаемого материала. Площадь кольцевой щели

М '

(44)

= я £ (¿1 +-У+ -^У/*3>

(45)

где к\, /г2, Ы - размеры полостей дробления (рис. 17); 2 - число полостей дробления.

Минимальная средняя скорость продвижения в радиальном направлении по камере дробления

у = — =--- а (46)

1об 2тг^а,+ 1ёа2)

где аь сь - углы наклона колец 4 и 8 (рис, 14);

I - путь, проходимый частицей за цикл;

5 - ход дробящей поверхности.

Для анализа влияния основных факторов на минимальную пропускную способность в среде «МАТНСАБ 12» была разработана специальная программа. Результаты расчета для опытного образца дробильно-измельчительной установки ДИУ-К-6 показаны на рис. 16.

Рис. 16. Изменение минимальной пропускной способности кольцевой щели (т/ч) центробежной мельницы ДЙУ-К-6 при размоле нефтяного кокса.

Из приведенного графика видно, что необходимая для нормальной работы установки минимальная пропускная способность обеспечена. Максимальная производительность ДИУ-К-6 составила 6,03 т/ч, а минимальная расчетная пропускная способность - 6,4 т/ч.

Определение крутящего момента, расходуемого в кольцевой щели

Крутящий момент сопротивления вращению ротора, вызванный процессами дробления в кольцевой щели дробильно-измельчитель-ной установки, может быть определен на основе анализа силового взаимодействия продуктов размола с нижней подвижной поверхности камер дробления (рис. 17).

\ Ч ' . ' . X \ \ '—/ \ \

Рис, 17. Силы, действующие на частицу в полости дробления.

Среднее эффективное давление на разрушаемый в кольцевом зазоре материал

где асж - предел прочности измельчаемого материала на сжатие, МЛа;

£> - наружный диаметр конуса чаши; г ~ текущая координата. Действие силы нормального давления будет двояким. В активной зоне кольцевого зазора эта сила будет отклонена от вертикали. Это означает, что ее проекция в горизонтальной плоскости на направление, противоположное вращению ротора, будет отлично от нуля, и непосредственно будет препятствовать вращению. Вертикальная составляющая силы нормального давления через слой дробимого материала передается на неподвижное калибрующее кольцо, вызывая появление на нем силы трения, которая, в свою очередь, также будет препятствовать вращению ротора. В калибрующем зазоре сила нормального давления будет направлена вертикально, и противодействовать вращению будет только сила трения.

Нормаль к активной части камеры дробления в соответствии с положениями аналитической геометрии в пространстве описывается следующим уравнением:

где X, У, 2 - текущие координаты;

х, у, г - координаты точки на поверхности; р, ^ - соответствующие значения частных производных. Для расчета необходимо также знать текущее значение углов наклона нормали к вертикальной оси и к горизонтальной плоскости в направлении, противоположном вращению. Точнее необходимы косинусы этих углов, называемые направляющими косинусами. Первый направляющий косинус

Х-х У-у

(48)

р с} -1 '

р2 +д2 +1

где р0 - угол между силой нормального давления и горизонтальным касательным направлением. Второй направляющий косинус

cos У о ~ I , , . (50)

V;/ +ql +1

где у0 - угол между силой нормального давления и вертикалью. Значение производных:

dz\ 4А3 /С 14

(51)

# у (a-D)y

Элементарная сила нормального давления

dP = p dr г dcp = 2,4 — rfr dcp . (53)

300 2 Y

Горизонтальная составляющая элементарной силы нормального давления

dPeop = dP cos ß0 = 2,4 ^ -_£==== dr <Ap. (54)

2 Jp2 +q2 +1

Элементарный крутящий момент от действия горизонтальной составляющей элементарной силы нормального давления

dMгop = dPгop г = 2,4 ^ЗЕ. Ё. Ч г ф ¿/ф. (55)

300 2 + 2 + 1

Полный крутящий момент от действия горизонтальной составляющей элементарной силы нормального давления

M20p=z) )с1Мгор = ) l^trdrd* . (56)

О D JUU 2 0 L)tJp + q + ]

2 2

Вертикальная составляющая элементарной силы нормального давления

dPeepm = dP cos 70 = 2,4 ^ £ -—L--dr ¿<p. (57)

JUU 2 yjp2+q2+\

Элементарная сила трения на верхней кромке неподвижного кольца активной части камеры дробления

dF™m = f dPeepm =■ 2,4 gg- g / -j^-— dr ф. (58)

4Р+1

Элементарный крутящий момент от действия силы трения на верхней кромке неподвижного кольца активной части камеры дробления

<М%т = г dF2m = 2,4 ^ - / -г 1 г Л- ф. (59)

•. ' зоо 2

Полный крутящий момент от действия силы трения на верхней кромке неподвижного кольца активной части камеры дробления

у А 1 V 1.А

М™ = 2 | =2,4^"^П '*• (б°)

о р_ ш 2 о Р^р2+д2 +1

2 2

Элементарная сила нормального давления в калибрующей зоне определится по формуле (53). Элементарная сила трения на верхней кромке калибрующей зоны

с1Р = 2,4°сж --

300 2

/ с!г с{ср.

(61)

Элементарный крутящий момент от действия силы трения на верхней кромке калибрующей зоны

<Ш™ = гй¥™л = 2,4^ ®/Гс1гс1ч>. (62)

1 тр

тр

300 2

Полный крутящий момент от действия силы трения на верхней кромке калибрующей зоны

£), + 2 /г,

0 0)_ 2

Вх 1?

2 к 2

300 2

' 300 2 4

О ^ 2

,2 2

(63)

Окончательно крутящий момент от действия силы трения

М = Мтт + Мкт

(64)

После подстановки окончательно получаем

тр 300 2

2 2

о £^р2+д2 +1

г с!г ¿Ар

+ 7Г

2/г, 1)\ - И\

.(65)

В соответствии с изложенным выше необходимо внести изменение в методику расчета крутящего момента и мощности привода на валу применительно к дробильно-измельчительной установке.

Вместо составляющей М2 предлагается подставлять сумму, включающую в себя Мгор по формуле (56) и Мтр по формуле (65):

м2 =Мгор + Мтр. (66)

Для проведения расчетов была составлена в среде «МАТНСАО 12» программа расчета применительно к дробильно-измельчительной установке ДИУ-К-6. Результаты расчета показаны на рис. 18.

Рис. 18. Изменение мощности (кВт) на валу дробильно-измельчительной установки ДИУ-К-6 при размоле нефтяного кокса.

Промышленные испытания дробильно-измельчительной установки проводили в оптимальных скоростных режимах и опти-

мальном давлении столба материала на различных по прочности материалах (кокс нефтяной, термоантрацит, кокс пековый и др.).

Изменяя высоту разгрузочной щели и положение статора над ротором, возможно получение требуемого фракционного состава продуктов измельчения, независимо от прочности материала. Результаты промышленных испытаний сведены в табл. 3, 4.

Таблица 3

Гранулометрический состав продукта в дробильно-измельчительной установке ДИУ

Класс, мм Процентное содержание классов

требуемый состав кокс нефтяной термоантрацит кокс пековый использованный катод

-8+1 36 35 34,8 36,2 35,7

-1+0,5 • 28 29 30 27,6 28,2

-0,5+0,16 26 27 27,4 24,3 26,4

-0,16+0 10 7 5,6 10,1 7,8

+8 0 . 2 2,2 1,8 1,9

Таблица 4

Показатели промышленной эксплуатации дробилыю-измельчительной установке ДИУ-К-6

Наименование Размерность Значение

Производительность т

кокс нефтяной 6,03

кокс пековый 4,47

термоантрацит 5,49

использованные катоды 4,3

Удельный расход энергии кВт ч

кокс нефтяной 4,7

кокс пековый 6,7

термоантрацит 5,2

использованные катоды 6,9

Удельный износ металла для ис- г

кового кокса т 14

Удельная металлоемкость при •Г'Ч

работе на термоантраците т 0,5

Выводы

Результаты промышленной эксплуатации дробильно-измельчительной установки ДИУ-К-6 показали:

1) высокую эффективность работы, особенно при использовании ее для получения зерновых фракций;

2) возможность легкого регулирования гранулометрического состава продукта за счет перемещения статора в вертикальной плоскости и изменение размера кольцевой щели;

3) возможность существенно упростить технологическую схему подготовки шихты углеродистых материалов.

4) для подготовки шихты широкого фракционного состава целесообразно использовать мельницу динамического самоизмельчения МАЯ-К-10 для тонкого помола, дробильно-измельчительную установку ДИУ-К-6 - для получения зерновых фракций (-8; 0).

Заключение

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, содержащей подробный анализ существующих дробильно-измельчительных машин, выбор направления исследования, теоретический анализ сущности динамического самоизмельчения, лабораторные и промышленные исследования процессов измельчения материала в центробежных дробильно-измельчительных установках. Использование мельниц типа МАЯ-К и дробильно-измельчительных установок ДИУ-К позволило существенно упростить технологическую схему подготовки зерновых фракций углеродистых материалов, снизить удельный расход энергии, сократить износ рабочих элементов мельницы, повысить удельную производительность.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Использование дробильно-измельчительных установок на базе мельниц динамического самоизмельчения для переработки углеродистых материалов является перспективным направлением развития измельчительной техники. Эффективность разрушения углеродистых материалов в установках МАЯ-К и ДИУ-К зависит от частоты вращения ротора, высоты столба материала над чашей и физико-механических свойств материала; крупности, влажности, предела прочности, коэффициента внутреннего трения. Режим динамического

самоизмельчения реализуется при определенном соотношении сил, действующих на материал у периферии чаши.

2. Аналитически изучены скоростные режимы работы мельницы. Установлен характер движения материала как в чаше ротора, так и в кольцевом пространстве переменного профиля. Определен оптимальный скоростной режим с учетом прочностных характеристик материала. Установлена необходимая предельная скорость, при которой происходит разрушение частицы материала, выброшенной из чашеобразного ротора.

3. Теоретические и экспериментальные исследования позволили установить основные факторы, влияющие на крутящий момент мельницы. Получена математическая зависимость момента на валу, мощности от скоростного режима, прочности материала, коэффициента внутреннего трения, крупности исходного материала.

4. Установлен расход энергии на разрушение материала как в разгрузочной кольцевой щели, так и в активной зоне самоизмельчения. Установлены оптимальные режимы самоизмельчения. Определены параметры восходящих потоков из ротора мельницы и входящих потоков материала в центральной части ротора. Определена теоретически и подтверждена экспериментально зона разделения потоков. Это позволило рационально выбрать защиту рабочих поверхностей ротора от износа.

5. Дан анализ факторам, влияющим на производительность установок. Для каждого вида углеродистого материала определен коэффициент измельчаемое™. Установлена зависимость производительности от крупности и влажности исходного материала, конструктивных параметров мельниц. Получена математическая зависимость для определения как общей производительности, так и по узкому классу крупности.

6. Разработанные рекомендации по обоснованию и выбору параметров дробильно-измельчительного комплекса внедрены на Днепровском электродном заводе. При создании опытной партии мельниц МАЯ-К-10 на Днепропетровском заводе металлургического оборудования (ДЗМО). На Садонском свинцово-цинковом комбинате изготовлена, прошла промышленные испытания и внедрена дробиль-но-измельчительиая установка ДИУ-К-6.

АО «Агат» (Георгиевский ремонтно-механический завод) использовал разработки диссертации для изготовления дробильно-измельчительных комплексов на базе центробежных мельниц.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Голик В. И., Выскребенец А. С. Подготовка шихты углегра-фитовых материалов в центробежных мельницах // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2006. С. 79-83.

2. Ягупов А. В., Хетагуров В. Н., Выскребенец А,- С., Ягупов А. А. О динамике работы мельницы МАЯ // Колыма, 1986, № 6. С. 12 - 14.

3. Выскребенец А. С. Показатели работы центробежной мельницы на углеродистых материалах // Известия вузов. СевероКавказский регион, Технические науки. 2006. С. 73-78.

4. Выскребенец А. С., Голик В, И. Определение оптимального скоростного режима мельниц динамического самоизмельчения. М.: Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ, 2006. № 10. С. 32.

5. Ягупов А. В., Выскребенец А. С. О коэффициенте внутреннего трения в мелкозернистом угле. Теплоэнергетика, 1980, № 4. С. 60 - 62.

6. Выскребенец А. С. Коэффициент измельчаемости в мельницах динамического самоизмельчения // Обогащение руд. Санкг-Петербург, №4.-2006. С. 3-4.

7. Хетагуров В. Н., Выскребенец А. С, Каменецкий Е. С. Результаты промышленных испытаний МАЛ при размоле углеродистых материалов. Известия вузов. Цветная металлургия, 2006, № 4. С. 18 - 19.

В других изданиях:

8. A.c. 1169733 (СССР). Мельница динамического самоизмельчения / А. В. Ягупов, А. С. Выскребенец, А. Ф. Лебедев и др., 1985.

9. Выскребенец А. С. Использование центробежных мельниц при производстве анодной массы // Цветная металлургия, 2002. №11. С. 13-14.

10. Выскребенец А. С. Центробежная мельница для подготовки зерновых фракций // Цветная металлургия. 2002, № 7. С. 24-25.

11. А.с. 1741889 (СССР). Центробежная мельница / А. С. Выскребенец, В. Н. Хетагуров, Н. К. Таймазов., А. П. Кузьминов, 1992.

12. Пат. 55643 (РФ) / А. С. Выскребенец. 2006.

13. Выскребенец А. С. Частота вращения ротора мельницы динамического самоизмельчения. - Библиографический указатель ВИНИТИ «Депонированные рукописи», 1981, №5(115), С. 80.

14. Ягупов А, В., Выскребенец А. С. Определение крутящего момента на валу ротора мельницы динамического самоизмельчения. -Библиографический указатель ВИНИТИ «Депонированные рукописи», № 5 (115), 1981. С. 80.

15. Хетагуров В. Н., Выскребенец А. С. Экспериментальное исследование характера движения измельчаемого материала в рабочем органе центробежной мельницы // Тр. 31-го Уральского семинара. Екатеринбург, 2001.

16. Ягупов А. В., Выскребенец А. С. Динамическое самоизмельчение сырьевых материалов при производстве анодной массы // Цветная металлургия, 1981, № 17. С. 20 - 21.

17. Ягупов А. В., Хетагуров В. Н., Выскребенец А. С. К вопросу надежности рабочих элементов мельницы МАЯ-К10. БУ ВИНИТИ «Депонирование рукописи», 1987, № 1511-87 деп.

18. Пат. 2246554 (РФ) / А. С. Выскребенец, Г. И. Свердлик, А. А. Серов-Хацянович, И. О. Чернобаев. 2005.

19. Выскребенец А. С. Исследование процесса динамического самоизмельчения углеродистых материалов и его промышленное освоение. Дисс.., канд. техн. наук. Орджоникидзе, 1982. 168 с.

20. Ягупов А. В., Выскребенец А, С. Мельница динамического самоизмельчения. Информационный листок № 61 - 81, СевероОсетинский межотраслевой центр научно-технической информации и пропаганды.

21. Ягупов А. В., Выскребенец А. С., Гегелагивипи М. В. Новое направление в технике измельчения материалов // Научно-техническая конференция, посвященная 50-летию СКГМИ (Тезисы докладов). Орджоникидзе. 1981. С. 83.

22. Хетагуров В. К, Выскребенец А. С., Гегелагивипи М. В., Клыков Ю. Г., Каменецкий Е, С. Разработка, исследование и внедре-

t-3 4 7-9

ние мельниц МАЯ. Труды Северо-Кавказского горнометаллургического института (ГТУ). 2006. Владикавказ. С. 344-350.

23. A.c. 1681948 (СССР). Мельница динамического самоизмельчения / А. С. Выскребенец, В. Н. Хетагуров, 1991.

Подписано к печати 15 января 2007. Объем 2. п.л. Тираж 100 экз. Заказ № lifo .

Северо-Кавказский горно-металлургический институт.(государственный

технологический университет)

362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

2006147136

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Выскребенец, Александр Степанович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДРОБИЛЬНО

РАЗМОЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УГЛЕРОДИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Сущность и технологическое назначение процессов дробления и измельчения.

1.2. Основные виды дробильно-измельчительного оборудования, применяемого при обработке углеродистых материалов.

1.3. Общая оценка мельниц, применяемых в практике, и основные тенденции развития измельчительной техники.

1.4. Выбор направления исследования и его основные задачи.

1.5. Системный подход к выбору параметров дробильно-измельчи-тельной установки (ДИУ) на базе способа динамического самоизмельчения.

1.6. Гидродинамическая модель движения материала в центробежной мельнице.

1.7. Сыпучая среда как основа для аналитического описания внутри мельничной загрузки.

1.8. Основные характеристики зерновой смеси.

1.9. Разрушение углеродистых материалов в центробежных мельницах.

Глава 2. РАС ЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕЛЬНИЦЫ.

2.1. Задачи расчетно-теоретического исследования.

2.2. Скоростные режимы работы мельницы.

2.3. Оптимальный скоростной режим ротора в зависимости от прочности материала.

2.4. Крутящий момент на валу ротора.

2.5. Определение производительности мельницы.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ДИНАМИЧЕСКОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В МЕЛЬНИЦЕ МАЯ

3.1. Задачи экспериментального исследования.

3.2. Лабораторные экспериментальные установки и приборы.

3.3. Определение оптимального давления слоя материала на чашу ротора

3.4. Влияние влажности на процесс измельчения.

3.5. Исследование частоты вращения ротора.

3.5.1. Оптимальная скорость ротора с учетом прочности измельчаемого материала.

3.6. Предельная крупность исходного питания.

3.7. Крутящий момент на валу ротора.

3.8. Исследование коэффициента внутреннего трения в зернистом углеродистом материале.

3.9. Исследование производительности.

Глава 4. КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА МЕЛЬНИЦЫ ДИНАМИЧЕСКОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ.

4.1. Принципиальная схема компоновки экспериментально-промышленного образца мельницы динамического самоизмельчения.

4.2. Последовательность расчета основных параметров.

4.3. Конструкция экспериментально-промышленного образца мельницы динамического самоизмельчения МАЯ-К-10.

4.4. Промышленные испытания экспериментального образца мельницы динамического самоизмельчения.

4.5. Износ рабочих органов мельниц динамического самоизмельчения.

Глава 5. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И КОНСТРУКТИВНАЯ

РАЗРАБОТКА ДРОБИЛЬНО-ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗЕРНОВЫХ ФРАКЦИЙ УГЛЕРОДИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ.

5.1. Дробильно-измельчительная установка для подготовки зерновых фракций углеродистых материалов.

5.2. Определение основных параметров дробильно-измельчительной установки.

5.2.1. Параметры полостей дробления.

5.2.2. Пропускная способность камер дробления.

5.2.3. Определение крутящего момента, расходуемого в кольцевой 195 щели.

5.3. Давление столба материала.

5.4. Оптимальная частота вращения ротора для измельчения термо- 203 антрацита.

5.5. Мощность на валу ротора.

5.6. Общая производительность мельницы.

5.7. Рекомендации по защите рабочих органов мельницы (МАЯ, ДИУ)

Введение 2006 год, диссертация по транспортному, горному и строительному машиностроению, Выскребенец, Александр Степанович

Процессы дробления и измельчения материалов занимают важное место в различных отраслях производственной деятельности. Особенно важную роль дробление и измельчение играет в горно-рудной и угольной промышленности при обогащении полезных ископаемых, в цветной и черной металлургии при подготовке шихтовых материалов, при производстве электродов, в топливно-энергетическом комплексе, в производстве строительных и химических материалов. Дроблению и измельчению ежегодно подвергаются миллионы тонн материалов, потребляя при этом порядка 10 % производимой в мире электроэнергии [1-3].

Роль угля в топливно-энергетическом комплексе России весьма существенна, так к 2020 г. его доля должна составить до 44 %. Запасы нефти в России обеспечены на 20 лет, угля - на 500 лет. Почти половину мирового производства тепла и электроэнергии обеспечивает уголь. В топливно-энергетическом балансе США уголь составляет 56 %, в Германии - 55 %, в Китае - 70 %, в Польше - 90 % [4].

Ежегодно миллионы тонн угля измельчаются в различных типах мельниц. Большое разнообразие применяемого дробильно-измельчительного оборудования объясняется различными физико-механическими характеристиками перерабатываемых углеродистых материалов. Все электродные и электроугольные материалы, а также ископаемые угли в основном содержат углерод. Значительное отличие физико-механических свойств углеродистых материалов объясняется величиной и группировкой отдельных кристаллов и особенностью кристаллической структуры. Процессы изготовления всех видов углеграфитовых изделий происходят в твердом состоянии из зернистых углеродистых материалов.

Существенное значение на качество продукции оказывает гранулометрический состав шихты, соотношение классов и вид углеродистых материалов [5, 6]. Учитывая отличия физико-механических свойств углеродистых материалов и требования к гранулометрическому составу для их дробления и измельчения, используют различные типы дробильно-размольного оборудования.

Практически все отделения подготовки зернистых материалов характеризуются громоздкостью, наличием большого количества дробильно-измельчительного, транспортирующего и просеивающего оборудования, и как следствие, высоким уровнем капитальных вложений и расходов на эксплуатацию.

Актуальность проблемы. Применяемое в настоящее время дробильно-измельчительное оборудование характеризуется значительным износом высококачественной стали, удельным расходом электроэнергии на тонну готовой продукции [7, 8]. В горно-рудной промышленности расходуется на измельчение около 40 % от всей используемой энергии, при производстве углеграфитовых изделий - около 60 %.

Учитывая низкий к.п.д. используемого в настоящее время дробильно-измельчительного оборудования (менее 1 %), большие объемы перерабатываемых углеродистых материалов, усовершенствование существующего и разработка принципиально нового оборудования является актуальной проблемой.

Перспективным направлением в развитии измельчительной техники является совершенствование и создание мельниц, в основу которых положен принцип самоизмельчения. Мельницы самоизмельчения отличает отсутствие мелющих тел, значительное сокращение износа металла, более высокая удельная производительность [9-11].

Однако широко известные барабанные мельницы самоизмельчения не нашли применения в практике измельчения углеродистых материалов. Наибольший интерес представляет мельница принудительного самоизмельчения, разработанная в Днепропетровском горном институте (а. с. № 606615, Крюков Д.К.), которая характеризуется преимущественно статическими нагрузками на разрушаемый материал.

Одним из современных направлений в технике измельчения материалов является разработанный в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте способ динамического самоизмельчения и создаваемые на его основе мельницы динамического самоизмельчения типа МАЯ (мельница А. Ягупова), которые относятся к классу центробежных мельниц [12 - 16]. Отличительной особенностью мельниц МАЯ является интенсивное динамическое воздействие на разрушаемый материал, вызывающее его самоизмельчение.

Следует отметить высокую эффективность работы мельницы на углеродистых материалах. Это прежде всего в несколько раз меньший удельный расход электроэнергии, меньшая металлоемкость, незначительный расход металла по сравнению с шаровыми барабанными и молотковыми мельницами. К недостаткам мельниц динамического самоизмельчения следует отнести переизмельчение твердых материалов, невозможность регулировки крупности готового продукта и получения зерновых фракций.

Цель работы - обоснование и выбор параметров центробежных дробильно-измельчительных комплексов для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения.

Методы исследований. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований на основании опыта промышленной эксплуатации мельницы динамического самоизмельчения МАЯ-К-10 и дробильно-измельчительной установки ДИУ-К-6.

Дан анализ литературных и патентных источников. Рассмотрены вопросы теоретического обоснования и выбора основных параметров сухого измельчения углеродистых материалов. Экспериментальные данные обработаны с использованием численных методов и ЭВМ. Лабораторные и промышленные испытания проводились по методике планирования экспериментов, с последующей обработкой на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые в работе

7. Зерновые фракции углеродистого сырья целесообразно получать на дробильно-измельчительных установках, созданных на основе способа динамического самоизмельчения, а пылевые фракции - в мельницах МАЯ. При необходимости получения сложного гранулометрического состава целесообразно объединять эти машины в последовательную технологическую линию.

Научная новизна

2. Доказано что, оптимальный режим динамического самоизмельчения может быть реализован при давлении столба на чашу ротора в пределах от 4 до 6 кПа, влажности исходного материала до 6 %, независимо от размера разгрузочной щели, крупности кусков исходного материала не более 0,1 диаметра ротора.

4. Разработана методика определения крутящего момента и мощности на валу ротора и их составляющих на основании силового взаимодействия материала, находящегося в роторе, над ротором, в камерах дробления кольцевой щели, с силовыми элементами дробильно-измельчительного комплекса.

Научное значение

2. Установленные закономерности режима динамического самоизмельчения от давления столба материала на чашу, влажности и крупности исходного материала позволили определить диаметр ротора в зависимости от крупности разрушаемого материала; высоту корпуса ДНУ и МАЯ - в зависимости от вида разрушаемого материала; размер разгрузочной щели - от предельного содержания влаги в исходном материале.

3. Полученная зависимость производительности от площади разгрузочной щели, скорости ротора, типоразмера установки, физико-механических характеристик разрушаемого материала позволила разработать методику расчета производительности как общей, так и по узкому классу крупности.

Практическое значение работы

1. Определено оптимальное воздействие управляющих факторов на процесс разрушения материала в дробильно-измельчительном комплексе.

2. Разработана методика расчета и выбора основных технологических и конструктивных параметров в центробежных дробильно-измельчительных комплексах.

3. Разработаны рекомендации по защите от износа основных рабочих элементов ротора, статора, камер дробления.

Реализация выводов и рекомендаций

Апробация работы

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Содержит 229 страниц текста, 53 таблицы, 55 рисунков.

Заключение диссертация на тему "Обоснование и выбор параметров дробильно-измельчительного комплекса для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения"

Выводы:

Результаты промышленной эксплуатации дробильно-измельчительной установки ДИУ-К-6 показали:

1) высокую эффективность работы, особенно при использовании ее для получения зерновых фракций;

2) возможность легкого регулирования гранулометрического состава продукта мельницы за счет перемещения статора в вертикальной плоскости и изменение размера кольцевой щели;

3) стало возможным существенно упростить технологическую схему подготовки шихты (рис. 5.7, 5.8) углеродистых материалов.

4) для подготовки шихты широкого фракционного состава целесообразно использовать мельницу динамического самоизмельчения МАЯ-К-10 для тонкого помола, дробильно-измельчительную установку ДИУ-К-6 для получения зернистых фракций (-8; 0) (рис. 5.7).

Используя эффект разрушения материала в клиновой щели переменного сечения [83, 141-145] на больших скоростях, была разработана центробежная дробильно-измельчительная установка, патент Российской Федерации № 2246354. Установка состоит (рис. 5.9) из корпуса 1, в котором горизонтально расположен ротор с крестообразными билами 2, закрепленными консольно на валу 3 гайкой 4. Вал установлен в подшипниковых опорах 5. Разгрузочное устройство 8 имеет сменные сита 9. Загрузка материала производится из бункера 6. Подача материала регулируется шибером 7.

Мельница используется для разрушения хрупких материалов. Имеет показатели работы, близкие к показателям мельниц МАЯ и ДИУ (табл. 5.3).

Рис. 5.8. Технологическая схема подготовки шихты с использованием дробильно-измельчительной установки.

Рис. 5.9. Центробежная дробильно-измельчительная установка: I - зона захвата материала; II - зона дробления; III - калибровочная зона.

5.7. Рекомендации по защите рабочих органов мельницы (МАЯ, ДИУ)

Как отмечалось в работах [82, 146 - 148] и подтверждено опытом промышленной эксплуатации мельниц типа МАЯ и ДИУ, основными быстроизнашиваемыми деталями являются:

- разгонные ребра чашеобразного ротора;

- элементы разгрузочной, калибровочной щели, верхнее кольцо и периферическая поверхность чаши;

- наклонная поверхность чашеобразного ротора;

- для центробежной мельницы - это камеры дробления, образованные регулировочным кольцом и верхней поверхностью чаши;

- лопасти статора, о которые ударяется вращающийся поток материала, выбрасываемый чашеобразным ротором.

Наибольшему износу подвержены разгонные ребра чашеобразного ротора. С целью продления срока службы мельницы защищены обе поверхности ребер (рис. 5.10 а). Сначала эксплуатируется одна сторона ребра, затем меняется направление вращения ротора и работает другая сторона ребра. Форма футеровки ребристая, позволяющая использовать эффект самофутеровки. Футеровка боковых поверхностей ребра - профилированные футеровочные пластины из карбида вольфрама, марганцовистой стали или каменного литья.

Верхняя кромка ребра футерована пластиной из карбида вольфрама.

Футеровка разгрузочной щели и камер дробления выполнена в виде секторов (рис. 5.10 б, в) из карбида вольфрама или марганцовистой стали.

Футеровка внутренней поверхности чаши выполнена в виде литых профилированных секторов из марганцовистой стали (рис. 5.10 г).

Защита ребер статора выполнена в виде профилированных футеровочных пластин (рис. 5.10 д) по аналогии с разгонными ребрами. А

А-А

-6- -фш б

-ф- -ф- -ф- д

Рис. 5.10. Футеровка центробежных мельниц (МАЯ, ДИУ).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная диссертация является законченной научно-исследовательской работой, содержащей подробный анализ существующих дробильно-из-мельчительных машин, выбор направления исследования, теоретический анализ сущности динамического самоизмельчения, лабораторные и промышленные исследования процессов измельчения материала в центробежных дробиль-но-измельчительных установках. Использование мельниц типа МАЯ-К и дро-бильно-измельчительных установок ДИУ-К позволило существенно упростить технологическую схему подготовки зерновых фракций углеродистых материалов, снизить удельный расход энергии, сократить износ рабочих элементов мельницы, повысить удельную производительность.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Использование дробильно-измельчительных установок на базе мельниц динамического самоизмельчения для переработки углеродистых материалов является перспективным направлением развития измельчительной техники. Эффективность разрушения углеродистых материалов в установках МАЯ-К и ДИУ-К зависит от частоты вращения ротора, высоты столба материала над чашей и физико-механических свойств материала: крупности, влажности, предела прочности, коэффициента внутреннего трения. Режим динамического самоизмельчения реализуется при определенном соотношении сил, действующих на материал у периферии чаши.

5. Дан анализ факторам, влияющим на производительность установок. Для каждого вида углеродистого материала определен коэффициент измельчаемости. Установлена зависимость производительности от крупности и влажности исходного материала, конструктивных параметров мельниц. Получена математическая зависимость для определения как общей производительности, так и по узкому классу крупности.

6. Установлена зависимость коэффициента измельчаемости углеродистых материалов в мельницах МАЯ и ДИУ в зависимости от их прочности.

7. Определена оптимальная высота столба материала над ротором в зависимости от типоразмера мельницы.

8. Учитывая значительное влияние коэффициента внутреннего трения на скоростной режим работы мельниц, на характер движения материала внутри мельницы и на расход энергии, определена зависимость коэффициента внутреннего трения от влажности и давления столба материала (внутреннего напряжения).

9. Рассмотрены процессы дробления «окатанных» частиц материала в кольцевой щели переменного профиля. Рассчитаны геометрические параметры камер дробления. Смоделирован процесс разрушения материала в камерах дробления по мере износа рабочих поверхностей. Определено давление потока материала, выбрасываемого из ротора на входную часть камер дробления. Рассчитано усилие дробления, момент на разрушение материала в кольцевой щели, мощность и производительность дробильно-измельчительной установки.

10. В результате исследований с использованием лабораторных установок МАЯ-К-3, МАЯ-К-4,6 разработаны: методика расчета основных энергетических, технологических и конструктивных параметров мельниц типа МАЯ и ДИУ; техническая документация (включая рабочий проект) на экспериментальный образец опытно-промышленной мельницы с диаметрами ротора 1000 мм (МАЯ-К-10) и 600 мм (ДИУ-К-6). Промышленные испытания мельниц (в сравнении с барабанными) показали:

1. Снижение удельного расхода энергии в 2 + 3 раза.

2. Существенное сокращение удельного износа металла, в 5 - 7 раз.

3. Упрощение ремонтных работ и соответственное снижение затрат на них в 3,5 раза.

4. Сокращение занимаемой производственной площади в 2 раза.

5. Существенное упрощение технологической схемы по подготовке зерновых фракций углеродистых материалов. Практически сложная технологическая схема с использованием молотковых дробилок, шаровых барабанных мельниц, грохотов, конвейеров заменяется одной дробильно-измельчительной установкой ДИУ и в случае тонкого помола мельницей МАЯ, которые способны выдавать продукт нужного гранулометрического состава.

11. Разработанные рекомендации по обоснованию и выбору технологических и конструктивных параметров мельницы динамического самоизмельчения МАЯ и дробильно-измельчительной установки ДИУ внедрены на ДЭЗе (Днепровском электродном заводе), при создании опытной партии мельниц МАЯ-К-10 - на Днепропетровском заводе металлургического оборудования. На Садонском свинцово-цинковом комбинате прошли промышленные испытания и внедрена дробильно-измельчительная установка ДИУ-К-6. АО «Агат» (Георгиевский ре-монтно-механический завод) использовал разработки диссертационной работы для изготовления опытной партии дробильно-измельчительных комплексов на базе центробежных мельниц.

Библиография Выскребенец, Александр Степанович, диссертация по теме Горные машины

1. Гарабажиу А. А., Мурог В. Ю. Теоретические исследования процессов измельчения и классификация сыпучих материалов в роторно-центробежной мельнице // Химическая промышленность, 80, № 5, 2003.

2. Финкелыитейн Г. А., Цукерман В. А. О классификационных признаках различных способов дробления и измельчения и относительной перспективности соответствующего оборудования. // Труды ВНИИ Меха-нобр, вып. 140, 1979. С. 5-18.

3. Финкелыитейн Г. А., Цукерман В. А. О классификационных признаках различных способов дробления и измельчения и относительной перспективности соответствующего оборудования. // Труды ВНИИ Меха-нобр, вып. 140,1975. С. 5.

4. Тулеев А. Угольная отрасль в зеркале энергетики // Газета: № 3(19), март, 2002.

5. Чалых Е. Ф. Технология и оборудование электроугольных предприятий. М.: Металлургия, 1972. - 431 с.

6. Растяпин В. И. О расчетной тонкости пыли для мельничных установок энергоблоков, работающих на бурых углях. Теплоэнергетика, 1977. № 3.-С.31 -35.

7. Гийо Роже. Проблема измельчения материалов и ее развитие // М.: Стройиздат, 1964.-225 с.

8. Труды Европейского совещания по измельчению. // Сборник статей. -М.: Стройиздат, 1966. 592 с.

9. Финкельштейн Г. А., Цукерман В. А. О классификационных признаках различных способов дробления и измельчения и относительной перспективности соответствующего оборудования. // Труды ВНИИ Меха-нобр, вып. 140, 1974. С. 19-37.

10. Ревнивцев В. И. Задачи научно-исследовательских и опытно-конструкторских организаций по совершенствованию рудоподготовки // Обогащение руд. 1977. № 6. С. 4 - 7.

11. Ревнивцев В. И., Костин И. М, Яшин В. П. Основные направления развития руд к обогащению // Цветные металлы. 1984. № 5. С. 96 - 100.

12. Опыт применения центробежно-ударных измельчителей. // Обзорная информация. Центральный научно-исследовательский институт информатики и технико-экономических исследований черной металлургии. -М.: Черная металлургия. Сер. 4, вып. 2. 1991. 25 с.

13. А.с. 651845 (СССР). Способ динамического самоизмельчения / А. В. Яхупов, 1980.

14. А.с. 710632 (СССР). Мельница динамического самоизмельчения «МАЯ» / А. В. Ягупов, 1980.

15. А.с. 1169733 (СССР). Мельница динамического самоизмельчения / А. В. Ягупов, А. С. Выскребенец, А. Ф. Лебедев и др., 1985.

16. Выскребенец А. С. Использование центробежных мельниц при производстве анодной массы // Цветная металлургия, 2002. № 11. С 13 - 14.

17. Акунов В. И. Струйные мельницы. Элементы теории и расчета. М.: Машиностроение, 1967.-265 с.

18. Басов А. И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов. М.: Металлургия, 1974. - 526 с.

19. Хадаков Г. С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. - 307 с.

20. Frohling Е. S., Lesis F. М. Mining Congress. J., 1973, № 2. - С. 45 - 46.

21. Ревнивцев В. И. Крупа П. И., Быкасов С. П. II Дробильно-размольное оборудование и технология дезинтеграции: Междувед. Сб. науч. Тр. / ВНИИ Механобр. Л., 1989. С. 25 - 31.

22. Ревнивцев В. И., Капралов Е. П., Костин И. М. и др. // В кн.: Совершенствование процессов дробления, измельчения, грохочения и классификации руд и продуктов обогащения. Л., ВНИИ Механобр. Л., 1985.

23. Лесин А. Д., Роженцов И. В. И Дробильно-размольное оборудование и технология дезинтеграции: Междувед. Сб. науч. Тр. / ВНИИ Механобр. Л., 1989.-С. 125- 132.

24. Ромадин В. П. Пылеприготовление. Л.: Госэнергоиздат, 1953. - 528 с.

25. Лебедев А. Н. Подготовка и размол топлива на электростанциях. М.: Энергия, 1969.-520 с.

26. Домбрачев Б. П., Янко Э. А., Чалых В. И., Тарасевич Н. И. Улучшенная рецептура анодной массы из нефтекокса. - Цветные металлы, 1980. № 6. С. 40-44.

27. Булычев В. В. Новое оборудование обогатительных фабрик. М.: Недра, 1967.-256 с.

28. Домбрачев Б. П., Янко Э. А. Совершенствование дробления и измельчения нефтяных коксов в производстве анодной массы. Цветные металлы, 1980. № 12. С. 53 -56.

29. Ломако П. Ф. Наука и технический прогресс в цветной металлургии. -М.: Металлургия, 1972. 134 с.

30. Абрамов А. А. Теоретические предпосылки совершенствования процессов рудоподготовки и обогащения руд цветных и редких металлов. // Цветные металлы. 1996. № 12. С. 16 - 20.

31. Сиваченко Л. А., Кургузиков А. М, Биленко Л. Ф., Бочков С. Л. II Дробил ьно-размольное оборудование и технология дезинтеграции: Междувед. Сб. науч. тр. / ВНИИ Механобр. Л., 1989. С. 49-55.

32. Басов А. И., Ельцев Ф. П. Справочник механика заводов цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981. - 494 с.

33. Донченко А. С., Донченко В. А. Справочник механика рудообогатительной фабрики. М.: Недра, 1975. - 559 с.

34. Дроздов Н. Е., Гальперин М. И. Механическое оборудование предприятий нерудной промышленности. М.: Высшая школа, 1975. - 312 с.

35. Левенсон Л. Б. Машины для обогащения полезных ископаемых. Теория, расчет и проектирование. М-Л.: Госмашметиздат, 1933. - 803 с.

36. Музеймнек Ю. А. Конусные дробилки крупного дробления в СССР и за рубежом. М.: НИИинфтяжмаш, 1966. - 65 с.

37. Ильевич А. П. Машины и оборудование для заводов по производству керамики и огнеупоров. М.: Высшая школа, 1979. - 344 с.

38. Розенович Е. В. Машины для дробления материала. М.: Машиностроение, 1971.- 192 с.

39. Немец.И. Практическое применение тензорезисторов. М.: Энергия,1970.- 144 с.

40. Лурье Ю. С. Дробление и помол в цементной промышленности. М.: Промстройиздат, 1951. - 172 с.

41. Доброхотов В. К, Левит Г. Т. К вопросу оптимизации схем пылеприго-товления и типов мельниц мощных энергоблоков. Теплоэнергетика, 1977, № 1.-С.4-9.

42. Захваткин В. К, Баранов В. Ф,, Литвинов М. Б. Шаровые мельницы большого диаметра и объема // Цветные металлы. 1978. № 3. С. 76 -82.

43. Моргулис М. Л. Вибрационное измельчение материалов. М.: Промиз-дат, 1957.- 107 с.

44. Касаткин Н. Л. Ремонт и монтаж металлургического оборудования. -М.: Металлургия, 1970. 307 с.

45. Олевский В. А. Размольное оборудование обогатительных фабрик. Государственное научно-техническое издательство по горному делу. М.: 1963.-С. 447.

46. Волковинский В. А., Роддатис К. Ф. Мельницы вентиляторы. М.: Энергия, 1971.-288 с.

47. Синельникова Л. И. Совершенствование оборудования для измельчения за рубежом // Цветная металлургия. 1981. № 8. С. 14-15.

48. Филъштинская Э. П. О выборе системы пылеприготовления для крупных энергоблоков. Электрические станции, 1976, № 10. - С. 11-13.

49. Queshnel G. Les gras broyeurs a charbon en Prance. Techn. Mod., 1968, 60, № 5. -P. 217-221.

50. Pull range of Rulversing mills. Mining Eng., 1972, № 5. - P. 42 - 44.

51. Финкелъштейн Г. А. Процесс дезинтеграции Снайдера и его перспективы. Обогащение руд, 1973, № 6. - С. 25 - 28.

52. Ягупов А. В., Выскребенец А. С. Мельница динамического самоизмельчения. Информационный листок № 61 - 81, Северо-Осетинский межотраслевой центр научно-технической информации и пропаганды.

53. Табакопуло Н. П. Технический прогресс в измельчении руд // Цветные металлы. 1972. № 12. С. 73 - 79.

54. Синельникова Л. И. Дробильно-размольное оборудование за рубежом: Обзор. М.: Цветметинформация, 1972. - 67 с.

55. Яшин В. П., Бортников А. В. Теория и практика самоизмельчения. М.: Недра. 1978,-229 с.

56. Выскребенец А. С. Центробежная мельница для подготовки зерновых фракций // Цветная металлургия. 2002, № 7. С. 24 - 25.

57. А.с. 70859 (СССР). Мельница Останковича.

58. А.с. 599838 (СССР). Мельница Летина.62. Пат. 1607450 (ФРГ).

59. А.с. 141738 (СССР). Центробежная мельница.

60. Пат. 407082 (Англия). Мельница для измельчения руд.

61. Пат. 288724 (Англия). Устройство для измельчения.

62. Пат. 3608835 (США). Скоростной дисковый измельчитель.

63. Пат. 4061276 (США). Центробежная мельница Классификатор.

64. Крагелъский И. В. Коэффициент трения. М.: Машгиз, 1962. - 220 с.

65. Parliament I. Н. Canad. Mining and Metall. Bull., ol 1973, 65, № 736. - P. 58-64.

66. Venkateswarly Ch., Misra D. D. Some studies on the size distribution of crushed coal in Indian coal washeries., Indian Mining and Eng. J., 1968, 20, № 1.-P. 29-34.

67. Пат. 3011 (РБ). Центробежная мельница.72. Пат. 3054 (РБ). Мельница.

68. Сиденко П. М., Фокин А. П., Кравецкий Г. Д. Новые измельчители. Химическое машиностроение, ЦИНТИАМ, вып. 5, 1963. 89 с.

69. Miller I. P. Concassage par percussion ou par pression. quip. Mec. Carrieres et mater., 1981,№ 193.-P. 59-65.

70. Центробежные мельницы «Титан» // Новые технологии. Санкт-Петербург. Office @ new.

71. Захваткин В. К. Анализ зарубежного опыта рудного самоизмельчения медных и медно-молибденовых руд. М.: Цветметинформация, 1975. -155 с.

72. Захваткин В. К., Ушаков М. В. Рудное самоизмельчение экономичный способ подготовки руд к обогащению - Цветные металлы. 1974, № 7. -С. 84-90.

73. Кармазин В. И., Денисенко А. И. Бесшаровое измельчение руд. М.: Недра, 1968.- 184 с.

74. Серго Е. Е. Некоторые закономерности самоизмельчения в барабанных мельницах. Бюллетень МВи ССО УССР. Обогащение полезных ископаемых, № 2,1967. - 40 с.

75. Бушев JI. 77., Жарков Г. 77. Исследование работы планетарной мельницы непрерывного действия. Сб.: Обогащение и брикетирование угля, изд-во ЦНИЗИ уголь, 1970, № 2.

76. Ягупов А. В. Новый способ измельчения руд в вертикальной мельнице МАЯ. Горный журнал, 1978, № 11. - С. 71 - 73.

77. Ягупов А. В., Выскребенец А. С., Гегелашвили М. В. Новое направление в технике измельчения материалов // Научно-техническая конференция, посвященная 50-летию СКГМИ (Тезисы докладов). Орджоникидзе. -1981.-С. 83.

78. А.с. 1741889 (СССР). Центробежная мельница / А. С. Выскребенец, В. Н. Хе-тагуров, Н. К. Таймазов, А. П. Кузьминов, 1992.

79. Пат. 55643 (РФ) / А. С. Выскребенец. 2006.

80. Голик В. К, Выскребенец А. С. Подготовка шихты углеграфитовых материалов в центробежных мельницах // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2006. С. 79-83.

81. Хетагуров В. Н. Развитие научных основ разработки и проектирования центробежных мельниц вертикального типа: Спец. 05.05.06. «Горные машины»: Автореф. дис. докт. техн. наук. - Владикавказ, 1999. - 48 с.

82. Гегелашвили М. В., Хетагуров В. Н. К определению скорости слоев измельчаемого материала в мельнице МАЯ. Деп. в ЦНИИцветмет экономики и информации 11.12.89, № 1878-89 деп.

83. Хетагуров В. Н. Исследование характера движения измельчаемого материала в полостях ротора мельницы МВ-1 // Изд-во «Терек». Научные труды СКГТУ № 2. г. Владикавказ, 1996. - С. 159 - 165.

84. Ягупов А. В., Хетагуров В. Н., Выскребенец А. С., Ягупов А. А. О динамике работы мельницы МАЯ // Колыма, 1986, № 6. С. 12 - 14.

85. Хетагуров В. Н. Исследование характера движения измельчаемого материала в полостях ротора мельницы МВ-1 // Изд-во «Терек». Научные труды СКГТУ № 2. г. Владикавказ, 1996. - С. 158 - 164.

86. Ягупов А. В., Хетагуров В. Н. Вертикальные мельницы динамического самоизмельчения и результаты их практического применения // Дро-бильно-размольное оборудование и технология дезинтеграции: Между-вед. сб. науч. тр. / ВНИИ Механобр. JI. 1991.

87. Хетагуров В. Я Разработка и проектирование центробежных мельниц вертикального типа. Владикавказ.: Терек, 1999. 225 с.

88. Гегелашвили М.В. Теоретические основы расчет и конструирования мельниц динамического самоизмельчения: Спец. 05.05.06 «Горные машины»: Автореф. дис. докт. техн. наук. - Владикавказ, 2001.-48 с.

89. Каталымов А. В., Любартович В. А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. Л.: Химия, 1990. 240 с.

90. Каталымов А. В., Полунов Ю. Л. Расчет напряженного состояния сыпучего материала в цилиндрическом аппарате // Теор. основы хим. технол. 1991. Т. 25. №4.-С. 547-553.

91. Лукьянов П. И. Аппараты с движущимися зернистым слоем. Теория и расчет. М.: Машиностроение, 1974. - 184 с.

92. Каталымов А. В., Шмаровоз Ю. Я Математическая модель процесса истечения сыпучего материала через круглое отверстие // Теор. основы хим. технол. 1979. Т. 13. №3.-С. 411 -419.

93. Гениев Г. А. Вопросы динамики сыпучей среды. М.: Госстройиздат, 1958.- 173 с.

94. Бауман В. А. Роторные дробилки // М.: Машиностроение, 1973. — 270 с.

95. Ходагов Г. С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. - 298 с.

96. Выскребенец А. С. Показатели работы центробежной мельницы на углеродистых материалах // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2006. С. 73-78.

97. Горбанева Л. В., Шавшина Р. П. Способность различных углеродистых материалов и измельчение. Сб. научных трудов, № 8. Совершенствование технологии и улучшения качества электродной продукции. Челябинск, 1976.-70 с.

98. Конотопчик К. У., Папловский А. М., Столярова 3. В., Коровина Г. Н. Определение размалываемости электродных коксов. Совершенствование технологии и улучшения качества электродной продукции, вып. 5, Челябинск, 1973. - 92 с.

99. Бонд Ф. С. Законы дробления // Труды европейского совещания по измельчению. М.: 1996. Глава II дробление в щели.

100. Гегелашвили М. В., Медоев Т. Г. Мельница-классификатор для мокрого размола рудного сырья // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2003 № 2. С. 210 - 212.

101. МО.Гегелашвили М. В., Хетагуров В. Н. Размол крепкой золотосодержащей руды в мельнице МАЯ. Информационный листок № 86-4, СевероОсетинский межотраслевой центр научно-технической информации и пропаганды, 1986.

102. М.Макаров Ю. И. Аппараты для смещения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973.-215 с.

103. Гячев JI. В. Движение сыпучих материалов в трубах и бункерах. М.: Машиностроение, 1968. - 184 с.113 .Дженике Э. В. Складирование и выпуск сыпучих материалов, перев. с англ., изд. Мир, 1968. 164 с.

104. Канторович 3. Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. М.: Машгиз, 1952.-572 с.

105. Выскребенец А. С. Частота вращения ротора мельницы динамического самоизмельчения. Библиографический указатель ВИНИТИ «Депонированные рукописи», 1981, № 5 (115). - С. 80.

106. Карл Пфлейдерер. Лопаточные машины для жидкостей и газов. М.: Машгиз, 1960.-683 с.

107. Хетагуров В. Н., Выскребенец А. С. Экспериментальное исследование характера движения измельчаемого материала в рабочем органе центробежной мельницы //Тр. 31-го Уральского семинара. Екатеринбург, 2001.

108. Кацев П. Г. Статические методы исследования режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1974.-231 с.

109. Кассандрова О. Н., Лебедева В. В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука, 1970.-215 с.12в.Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1971. - 283 с.

110. Спиридонова А. А., Васильев Н. Т. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации технологических процессов. Свердловск, изд. УПИ, 1975.-76 с.

111. Ягупов А. В., Выскребенец А. С. О коэффициенте внутреннего трения в мелкозернистом угле. Теплоэнергетика, 1980, № 4. - С. 60 - 62.

112. Выскребенец А. С.Коэффициент измельчаемости в мельницах динамического самоизмельчения // Обогащение руд. Санкт-Петербург, 4 2006. -С. 3-4.

113. Олевский В. А. Размольное оборудование обогатительных фабрик. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу. 1963. - 447 с.

114. ХЪХ.Румшинский Л. 3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.- 192 с.

115. Янко Э. Я., Воробьев Д. Н. Производство анодной массы. М.: Металлургия, 1975.- 128 с.

116. Кассандрова О. Н., Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука, 1970.-215 с.

117. ХЪА.Румшинский Л. 3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.-192 с.

118. Гениев Г. А., Лейтес В. С. Вопросы механики неупругих тел. М.: Стройиздат, 1981. - 160 с.

119. Хетагуров В. Н., Выскребенец А. С., Каменецкий Е. С. Результаты промышленных испытаний МАЯ при размоле углеродистых материалов. Известия вузов. Цветная металлургия, 2006, № 4. С. 18-19.

120. Хетагуров В. Н., Выскребенец А. С., Гегелашвили М. В., Клыков Ю. Г, Каменецкий Е. С. Разработка, исследование и внедрение мельниц МАЯ. Труды Северо-Кавказского горно-металлургического института (ГТУ). 2006, Владикавказ. С. 344 - 350.

121. ЪЪ.Ягупов А. В., Хетагуров В. Н., Выскребенец А. С. К вопросу надежности рабочих элементов мельницы МАЯ-К10. БУ ВИНИТИ «Депонирование рукописи», 1987, № 1511-87 деп.

122. Крагельский И. В. Трение и износ. М.: Машгиз, 1968.

123. Хрущов М. М., Бабичев М. А. Абразивное взвешивание. М.: Наука, 1970.-252 с.141 .ФроловЛ. Б. Измерение крутящего момента. -М.: Энергия, 1967. 120 с.

124. Клушанцев Б. В., Косарев А. И., Муйземнек Ю. А. Дробилки. Конструкции, расчет, особенности эксплуатации. // — М.: Машиностроение, 1990. -319 с.

125. СергоЕ. Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. //- М.: Недра, 1985.-322 с.

126. Косарев А. И. Напряженное состояние дробимого материала при разрушении. // Сборник трудов ВНИИстройдормаш. 1968.

127. Хетагуров В. Н. К определению скорости удара частиц измельчаемого материала в полости ротора мельницы МВ-1 // Научные труды СКГТУ № 3. Владикавказ, 1997.-С. 165-171.

128. Ягупов А. В., Выскребенец А. С., Гегелашвили М. В. Новое направление в технике измельчения материалов // В сб. трудов научно-техническойконференции, посвященной 50-летию СКГМИ (тезисы докладов). Орджоникидзе, 1981.-С. 83.

129. Макаров Р.А. Тензометрия в машиностроении. М.: Машиностроение, 1975.-286 с.

130. Бронштейн, Выгодский М. Я. Спр. по выс. мат. М.: 1976. - 872 с.

131. А.с. 1681948 (СССР). Мельница динамического самоизмельчения / А. С. Выскребенец, В. Н. Хетагуров, Н. К. Таймазов, А. П. Кузьминов, 1991.

Похожие работы

Транспортное, горное и строительное машиностроение
05.05.00