автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование и выбор способов повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка

На правах рукописи

Шагарова Ольга Николаевна

Обоснование и выбор способов повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный руководитель:

доцент, кандидат технических наук

Официальные оппоненты:

профессор, доктор технических наук кандидат технических наук

Шахова Кира Ивановна

Картавый Николай Григорьевич Харо Олег Ефимович

Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский институт горнохимического сырья (ГИГХС)

Защита состоится //f октября 2005 г. в час. на заседании

диссертационного совета Д212.218.09 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д.6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан сентября 2005 г. Ученый секретарь диссертационного совета

профессор, кандидат технических наук Шешко Евгения Евгеньевна

лоо&±

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В промышленном, гражданском и дорожном строительстве, литейном производстве и производстве изделий из стекла и керамики широкое применение находят все виды кварцевых песков, добыча которых осуществляется из природных месторождений, основным минералом которых является кварц в виде зернистой массы.

Долгое время снабжение промышленности кварцевыми песками осуществлялось при разработке месторождений, не требующих обогащения. Производство кварцевых песков заключалось в их добыче с последующей отгрузкой потребителю авто- или железнодорожным транспортом.

Однако такие месторождения к настоящему времени практически истощены, началась разработка месторождений, значительно загрязненных вредными примесями, что требует обогащения добытых кварцевых песков с целью получения продукта надлежащего качества.

Общее мировое потребление качественного кварцевого песка оценивается в 100-120 млн. тонн в год. Основными потребителями являются машиностроительное и стекольное производства - 50 и 30% соответственно.

Обеспечение качественно-количественных параметров кварцевых песков достигается использованием различных технологических линий обогащения.

При обогащении рабочие поверхности оборудования подвергаются гидроабразивному и абразивному воздействию пульпы. Энергетические параметры воздействия изменяются в широких пределах. Все это оказывает влияние на интенсивность изнашивания рабочих элементов оборудования, что приводит к снижению его ресурса, а учитывая непрерывность и многотоннажность технологического процесса, можно утверждать, что даже кратковременные остановки на ремонт оборудования отрицательно сказываются на технико-экономических показателях.

Поэтому повышение ресурса быстроизнашивающегося оборудования в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевых песков является актуальной задачей.

Целью работы является повышение долговечности быстроизнашивающегося оборудования технологических линий обогащения и дальнейшей переработки кварцевых песков за счет рационального выбора материалов для изготовления рабочих элементов, „и. за . счет снижения

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ

энергоемкости измельчения материала, что позволит уменьшить эксплуатационные расходы на содержание данного оборудования и обеспечение качества получаемого продукта.

Идея работы - повышение долговечности оборудования технологических линий производства кварцевых песков возможно не только за счет рационального выбора материала и технологии изготовления рабочих элементов лимитирующего звена, но и путем снижения энергоемкости дробления кварцевого песка при рациональной подготовке полезного ископаемого.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Установлены зависимости содержания шламов в полезном компоненте и полезного компонента в шламах 01 величины разгрузочного отношения, позволяющие выбрать оптимальный режим работы гидроциклона.

2. Установлены зависимости интенсивности изнашивания рабочих органов гидроциклона при гидроабразивном воздействии от гранулометрического состава и энергии воздействия твердой фазы пульпы.

3. Предложен способ и технология получения композитного материала, обеспечивающего повышение долговечности Песковых насадок гидроциклона при воздействии гидроабразивной пульпы.

4. Предложен способ повышения долговечности воздухоструйной мельницы путем снижения энергоемкости дробления кварцевого песка при предварительной обработке магнитным импульсным полем в оптимальных режимах.

Новизна исследования, состоит в следующем:

1. Определено оптимальное о [ношение внутреннего рабочего диаметра пескового насадка к внутреннему рабочему диаметру сливного патрубка.

2. Предложена технология химического формования заготовок рабочих элементов гидроциклона, отличающаяся получением равномерной и однородной структуры готового материала, существенно снижающего интенсивность изнашивания.

3. Впервые предложен метод магнитно-импульсной обработки кварцевых песков для повышения эффективности работы воздухоструйных мельниц.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются:

• результатами теоретических и экспериментальных исследований изнашивания оборудования, проведенных в лабораторных условиях и удовлетворительной их сходимостью (Р=95%);

• применением методов математической статистики к представленным объемам экспериментальных данных, использованием современного компьютерного оборудования и математического программного обеспечения;

• необходимым объемом микроструктурных и рентгеновских исследований;

Научное значение исследований заключается в разработке зависимостей интенсивности изнашивания рабочих органов от энергии воздействия гидроабразивной пульпы и выборе способов повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка. Практическое значение работы состоит в разработке:

- метода химического формования для изготовления рабочих поверхностей гидроциклонов из композиционного материала на основе карбида кремния;

- оптимальных режимов обработки кварцевых песков импульсным магнитным полем, позволяющим снизить энергоемкость их измельчения.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Метод химического формования для получения Песковых насадков гидроциклона из композиционного материала на основе карбида кремния и способ снижения энергоемкости дробления методом магнитно-импульсной обработки приняты к использованию в Государственном научно-исследовательском институте горнохимического сырья (ГИГХС) для разработки рекомендаций по повышению долговечности обогатительного оборудования на горнообогатительных предприятиях, а также в ЗАО «Горно-обогатительное производство» для повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка.

Апробация работы. Основные положения и содержание работы доложены на научно-техническом семинаре в ГИГХС (2005 г.), Международных семинарах «Неделя горняка» (2003-2005гг.), семинарах кафедры «Технология машиностроения и ремонт горных машин» (МГГУ 2004-2005 гг.) Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные работы.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения, содержит 31 рисунок, 41 таблицу и список использованной литературы из 93 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Вопросам эксплуатации оборудования в непрерывных технологических процессах обогащения различных видов полезных ископаемых посвящены работы М.В. Циперовича, В.Г. Свирина, В.И. Соломенникова, Д.М. Юделева,

H.Г. Картавого, В.И. Морозова, Радкевича Я.М. и ряда других авторов. В данных работах рассматриваются в основном организационные вопросы проведения различных видов ремонта оборудования и оснащения ремонтных служб обогатительных фабрик. Это связано прежде с тем, что до недавнего времени технологические линии обогащения кварцевых песков практически не применялись, потому что использовались месторождения с довольно высоким качеством добываемого сырья.

Основными проблемами, возникающими при обогащении кварцевых песков, являются:

I. Необходимость обеспечения высокой степени извлечения вредных примесей.

2. Высокая абразивность продукта, связанная с его большой твердостью, приводящая к ускоренному износу оборудования и загрязнению продуктами износа готовой продукции.

3. Жесткие требования к экономике процесса обогащения, связанные с относительно низкими ценами на готовую продукцию.

Достижение качественно-количественных параметров кварцевых песков осуществляется с использованием различных схем обогащения, в которых пульпа из смеси кварцевых песков и воды подвергается механическим воздействиям на различных видах технологического оборудования с целью извлечения полезного компонента.

Рабочие поверхности оборудования подвергаются гидроабразивному и абразивному воздействию пульпы. Энергетические параметры воздействия изменяются в широких интервалах, что оказывает влияние на интенсивность изнашивания рабочих элементов оборудования.

При непрерывности и многотоннажности технологического процесса даже кратковременные остановки на ремонт оборудования приводят к

остановке всей технологической линии, что отрицательно отражается на технологических и экономических показателях.

Проведенный анализ работы оборудования технологических линий обогащения и дальней переработки показывает, что межремонтный период изменяется от 14±1 до 0,5±0,03 месяца (табл. 1 и 2).

Таблица 1.

Сроки межремонтных периодов оборудования в технологических линиях

обогащения кварцевых песков.

№ Наименование оборудования Технологическая операция Срок межремонтного периода, в месяцах

1 Барабан дезинтеграции Дезинтеграция 12±2

2 Гидроциклоны диаметром 1000мм Обесшламливание 1ст 1±0,5

3 Двухспиральный классификатор Классификация 14±1

4 Флотомашина Оттирка 8±1

5 Гидроциклон диаметром 1000мм Обесшламливание Нет 1±0,5

6 Односпиральпый классификатор Классификация 12±2

7 Грохот Обезвоживание 8±1

1 аблица 2.

Сроки межремонтных периодов оборудования в технологической линии получения кварца молотого.

№ Наименование оборудования Технологическая операция Срок межремонтного периода, мес.

1 Ленточный конвейер Транспортировка 12*2

2 Сушильный барабан Сушка 12±2

3 Мельница «Леше» Размол 0,5±0,03

Учитывая, что режим работы технологической линии обогащения сезонный, расчетным межремонтным периодом должен стать период не менее 7 месяцев. В схеме не удовлетворяет этому требованию только межремонтный период работы гидроциклона, равный НО,5 месяца (рис.1), что связано с гидроабразивным изнашиванием.

Гидроциклон выполняет в технологических линиях обогащения важнейшие операции по обесшламливанию и является обязательным видом технологического оборудования при обогащении.

Анализ работы оборудования схемы получения молотого кварца показал, что межремонтный период размольной установки составляет 0,5±0,03 месяца (рис.2). Это объясняется интенсивным абразивным износом ее рабочих поверхностей, футерованных твердым сплавом ВК-8. Износ рабочих поверхностей приводит к резкому снижению производительности мельницы и увеличению загрязнения получаемого молотого кварца продуктами износа. В общем случае межремонтный период оборудования зависит от принципа его действия, конструктивного устройства, характеристик перерабатываемого продукта и технологических параметров работы.

С целью увеличения межремонтного периода были проведены исследования факторов, влияющих на его длительность лимитирующих элементов как гидроциклонов, так и размольной установки - слабейших звеньев в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевых песков.

Рабочие поверхности гидроциклона подвергаются воздействию гидроабразивной пульпы, в то время как на рабочие поверхности воздухоструйной мельницы воздействует абразивный фактор. Хотя в том и другом случае воздействующим элементом является один продукт - кварцевый песок. В связи с этим влияние факторов, действующих на оба вида оборудования, рассматривается раздельно.

I В Первая I стадия

■ Вторая стадия обесшлам ливания

обесшлам ливания

Рис. 1. Межремонтный период различных элементов гидроциклона.

Рис.2. Межремонтный период различных элементов воздухоструйной

мельницы.

Причиной наименьшего межремонтного периода у гидроциклонов является изменение их рабочих параметров в результате износа под воздействием гидроабразивной пульпы. Характер этого воздействия определяется технологическими параметрами работы гидроциклона и характеристик перерабатываемой пульпы. Основными параметрами, характеризующими пульпу, являются ее гранулометрический состав и абразивность твердой фазы.

Рассматривая работу гидроциклона, можно сказать, что количество продукта на выходе определяется консгруктивным параметром - разгрузочным

отношением \ ^ ], т.е. отношением внутреннего рабочего диаметра пескового

насадка к внутреннему рабочему диаметру сливного патрубка, увеличение которого, с одной стороны, приводит к увеличению шламов в конечной компоненте и снижению качества, а с другой стороны - к уменьшению потерь полезной компоненты.

В работе были проведены исследования величины разгрузочного отношения для гидроциклонов на стадиях обесшламливания в технологических линиях обогащения кварцевых песков из вскрышных пород Егорьевского месторождения.

Исследования проводились в течение пяти лет, чтобы исключить возможные технологические и механические несовместимости в присутствующих операциях. Разгрузочное отношение изменялось за счет изменения внутреннего диаметра пескового насадка - с!п.

На основании анализа изменения конструктивного параметра установлены зависимости содержания полезной компоненты в шламах:

Рк= 226,19«^ - 326,5.^ + 118,25, (1)

при 1^=0,9945,

где Рк - содержание полезной компоненты в шламах, %, ёп

- разгрузочное отношение,

с1с

и содержания шламов в полезной компоненте от разгрузочного отношения:

5Й= 346," 344'07*(^] + 85'7б7> (2)

при Я2=0,9931,

где 8Ь - содержание шламов в полезной компоненте, %, ап

- разгрузочное отношение гидроциклона,

с!с

представленные на рис.3, которые с достоверной для практики точностью описывают данные процессы. В связи с этим встала задача определения

ап

рационального разгрузочного отношения

(к

5.

в | 20 I ---

*

I»15 112 5* Т

I

55V I ¥ 1 1 I ' 1

- ТО -)--1 ---1— -+- 7

п

т а.

♦

а Г | в

045

Разгрузочное отношение, доли ед

Рис 3. Влияние изменения разгрузочного отношения на потери кварцевых песков со сливами и содержание шламов в песках. Обработка результатов наблюдений позволила получить уравнение:

3.79438897 -12 661754• Г] +10 68178338*' ёп

¿с) {(¡с) (3)

Р=------- 2

1-4.14035241 - Г ^ + 5.701898407 * Г^" 1 -2 56938424»^" | )

где Р - величина потока, не подвергшегося классификации, %,

¿с

- разгрузочное отношение гидроциклона,

из которого следует, что оптимальным значением разгрузочного отношения гидроциклона является 0,572 (рис.4.).

и 5? я а

0

51

1 5

В" о

* Ь

ч и

Л Э

ра и с.

18641

14.606

10571

6 535

2 500

0.300 0.500 0 700 Разгрузочное отношение, доли сд Рис 4 Оптимальное разгрузочное отношение гидроциклона в схемах

обогащения кварцевых песков Интенсивность изнашивания рабочих поверхностей зависит как от характеристик воздействия пульпы, так и от механических характеристик материала, из которого изготовлены рабочие поверхности гидроциклона.

При гидроабразивном воздействии изнашивание поверхности осуществляется твердыми частицами пульпы, находящимися в контакте со стенками соответствующих рабочих элементов гидроциклона, и чем выше скорость движения пульпы, тем большее количество абразивных частиц контактирует со стенками рабочих элементов гидроциклона в единицу времени, тем выше интенсивность изнашивания и, следовательно, меньше межремонтный период.

В работе проведены расчеты скорости пульпы для различных конструктивных элементов гидроциклона. Расчет скорости потока пульпы в рабочих элементах гидроциклона:

где О - скорость потока пульпы, м/с; объемный расход пульпы, проходящей через поперечное сечение рабочего элемента, м3/с; Б- поперечное сечение рабочего элемента, м2; к - коэффициент заполнения потоком пульпы сливного патрубка и пескового насадка.

Расчеты показывают, что наибольшей величины скорость пульпы достигает в Песковых насадках- до 16,2 м/с и сливных патрубках - до 5,14 м/с, имеющих наименьшее поперечное сечение из всех конструктивных эпементов гидроциклона.

Вместе с тем анализ работ ряда авторов показывает, что факторы скорости действуют только до определенных пределов, поэтому наиболее полно характеристику большинства факторов, действующих при гидроабразивном воздействии пульпы на рабочие поверхности, можно получить, используя энергетическую теорию изнашивания, в которой учитываются скорость и масса перерабатываемой пульпы.

Сам аппарат (гидроциклон) не влияет на энергетические параметры поступающей массы. Он только уменьшает их на величину энергии, затраченной на износ его рабочих поверхностей.

В рассматриваемых технологических линиях обогащения кварцевых песков в пульпе содержится твердая фаза, состоящая в основном из минералов двуокиси кремния, и жидкая среда из воды, первая служит абразивом, вторая -коррозионной средой, увеличивающей изнашивание.

Величина изнашивания может зависеть не только от абсолютной величины энергии воздействия и соотношения твердости минералов пульпы и твердости материала рабочего элемента оборудования, но и от величины содержания компонентов твердой фазы в данной пульпе, а также от гранулометрического состава этих компонентов.

Кроме того, при гидроабразивном воздействии пульпы происходит неравномерное изнашивание рабочей поверхности конструкционного элемента. Это объясняется следующими причинами:

1. Различным размером зерен твердой фазы пульпы.

2. Турбулентностью при перемещении потока пульпы

Поэтому при исследовании изнашивания рабочих поверхностей различных аппаратов, работающих под воздействием гидроабразивной пульпы, необходимо исходить из определения удельного весового параметра изнашивания, как наиболее полно показывающего величину износа.

Для исследования влияния выше указанных факторов на интенсивность изнашивания была проведена работа на опытной установке.

Для испытаний использовалась пульпа, минералогический и гранулометрический состав которой соответствовал пульпе, перерабатываемой в технологической линии обогащения кварцевых песков из вскрышных пород Егорьевского месторождения фосфоритов.

Целью исследования являлось определение зависимости износа от:

1. Содержания твердой фазы в гидроабразивной пульпе.

2. Гранулометрического состава твердой составляющей перерабатываемой

Продолжительность каждого опыта составляла 24 часа. Так как пульпа возвращается обратно в зумф, т.е. циркулирует по замкнутой схеме, то происходит частичное обесшламливание исходной пульпы, поэтому чтобы обеспечить точность эксперимента не ниже 95 %, каждые 6 часов навески пульпы менялись.

В результате испытаний определялся весовой износ пескового насадка, который затем пересчитывался в удельный весовой износ. Каждый опыт проводился 10 раз, отклонение результатов в каждом опыте составляло не более 4,5%.

Энергия воздействия определялась с учетом массы твердой и жидкой фазы пульпы и скорости движения пульпы:

где Е - энергия воздействия пульпы, Дж/с; п^ - масса твердой фазы в пульпе, кг; т£ - масса жидкой фазы в пульпе, кг; и - скорость потока пульпы, м/с;

пульпы.

((Ш,+Ш8)*и2)

(5)

(6)

где р( - плотность твердой фазы в пульпе; р8 - плотность жидкой фазы в пульпе; 0, -объем твердой фазы в пульпе, м'/с; 0ё -объем жидкой фазы в пульпе, м3/с;

100 (8)

(9)

где Т- содержание твердой фазы в пульпе, %; объемный расход пульпы, проходящей через поперечное сечение рабочего элемента, м3/с.

Кроме того, учитывался гранулометрический состав пульпы, так как механизм изнашивания при различном гранулометрическом составе различен. Например, величина износа при воздействии пульпы с гранулометрическим составом «от +2,5 до +1 мм» в 2.5 раза больше, чем при воздействии пульпы с гранулометрическим составом «от +1 до -0,05мм».

Обработка полученных результатов позволила установить закономерности изменения удельного весового износа от содержания твердой фазы пульпы.

На рис.5 приведены зависимости износа пескового насадка от содержания твердой фазы пульпы и ее гранулометрического состава.

Данные хорошо описываются логарифмической зависимостью. Например, для крупной фракции вариация содержания твердой фазы в пульпе почти на 99% определяет вариацию удельного весового износа, а для мелкой фракции -на 98%.

Величина интенсивности изнашивания резко возрастает в области содержания твердого вещества в пульпе от 5% до 30%, т.е. соприкосновение зерен крупного размера с рабочей поверхностью в этой области приводит к наиболее интенсивному изнашиванию.

Обработка данных исследований показывает, что зависимость удельного весового износа от содержания твердой фазы в перерабатываемой пульпе для гранулометрического состава «от +2,5 до +1мм» описывается уравнением

Усш3 = 1,4836;*1п{Тф)~ 1,5094, (10)

где Ушз - удельный весовой износ пескового насадка, изготовленного из стали 3

при воздействии гидроабразивной пульпы гранулометрическим составом

«от +2,5 до +1мм», г ; тф - содержание твердой фазы в пульпе, %.

Дж/с

Зависимость удельного весового износа от содержания твердой фазы в перерабатываемой пульпе для гранулометрического состава «от -1 до -0,05мм» описывается уравнением

Устг ~ 0.602 * Ьп(Тф ) - 0,773, (11)

где Уш3 - удельный весовой износ пескового насадка, изготовленного из стали 3 при воздействии гидроабразивной пульпы гранулометрическим составом

«от -1 до -0,05мм», - г ; Тф - содержание твердой фазы в пульпе, %.

Дж1с

Зависимость удельного весового износа от содержания твердой фазы в перерабатываемой пульпе для смешенного гранулометрического состава описывается уравнением

У отз = 1>2491 * Ьп(Тф) -1,717, (12)

где Уш3 - удельный весовой износ пескового насадка, изготовленного из стали 3 при воздействии гидроабразивной пульпы со смешанным

гранулометрическим составом, г ; Тф - содержание твердой фазы в

Дж!с

пульпе, %.

Рис. 5. Зависимость удельного весового износа пескового насадка от содержания твердой фазы пульпы и ее гранулометрического состава: 1 - для гранулометрического состава «от +2,5 до +1мм»;

2 — для смешанной пульпы вскрышных пород; 3 - для гранулометрического состава «от -1 до -0,05мм».

Установив зависимости износа Песковых насадок гидроциклонов от энергетических параметров гидроабразивной пульпы и ее гранулометрического состава, рассмотрим влияние твердости материала, используемого для изготовления пескового насадка на удельный весовой износ.

При неизменных характеристиках воздействия (энергии воздействия) и качественных показателей гидроабразивной пульпы (содержания твердой фазы, гранулометрического состава) удельный весовой износ будет зависеть только от соотношения:

Н „

где к - коэффициент соотношения твердости основного компонента твердой фазы пульпы и твердости материала, из которого изготовлен песковый насадок; Н„ - твердость основного компонента твердой фазы пульпы; Ни -твердость материала, из которого изготовлен песковый насадок.

При этом удельный весовой износ пескового насадка будет иметь вид:

(V * к 1

- , (14)

Кш

где У„„ - удельный весовой износ пескового насадка, изготовленного из исследуемого материала, £ ; У,т - удельный весовой износ пескового

Дж/с

насадка, изготовленного из стали 3, г ; к7т - коэффициент соотношения

Дж1с

твердости основного компонента твердой фазы пульпы и твердости пескового насадка, изготовленного из стали 3: *„„ - коэффициент соотношения твердости основного компонента твердой фазы пульпы и твердости исследуемого материала, из которого изготовлен песковый насадок.

Установив виды воздействия на рабочие поверхности оборудования в схемах обогащения кварцевых песков, учтя при этом факторы влияния на интенсивность изнашивания, были сформулированы требования к материалам, позволяющим увеличить межремонтный период оборудования как при гидроабразивном, так и при абразивном воздействии, а также к методу изготовления из этих материалов различных изделий.

Обычно величину удельного весового износа можно изменить путем рационального выбора конструкционного материала для изготовления насадок и технологического процесса их изготовления.

Анализ работ, посвященных материалам, использующимся в средах гидроабразивного воздействия, позволяет сделать вывод, что материал должен обладать следующими качествами:

1. Твердостью, выше твердости любого компонента, входящего в перерабатываемую пульпу.

2. Однородностью, характеризующейся наибольшей концентрацией твердых частиц в его объеме, и расстоянием между ними, не превышающим наименьшего размера частиц твердой фазы перерабатываемого материала.

Метод же изготовления изделий из данного материала должен отвечать следующим требованиям:

технология изготовления изделий, отвечающих предъявляемым качественным показателям, должна быть сравнительно проста и доступна к внедрению на большинстве горных предприятий;

- затраты на изготовление изделий должны быть минимальными;

- продукты износа не должны загрязнять выпускаемый продукт;

- должен иметь перспективу дальнейшего технического развития и сокращения энергетических затрат.

Анализируя работы, посвященные вопросам применения различных материалов и методов изготовления из них изделий для повышения межремонтного периода оборудования, работающего в гидроабразивных средах, можно сделать вывод, что перспективными материалами для изготовления рабочих элементов оборудования являются композиционные материалы на основе карбидов, а наиболее перспективным для оборудования схем обогащения - являются материалы на основе карбида кремния. Они обладают твердостью свыше 9 единиц по Моосу, что выше твердости кварцевых песков, имеющих 7 единиц по Моосу; продукты изнашивания карбида кремния не являются -загрязняющим фактором дчя конечной продукции обогащения кварцевых песков.

Из анализа работ, посвященных исследованиям получения изделий из карбида кремния, следует, что данные изделия можно получать тремя способами:

1. Из монолитного самосвязанного поликристаллического карбида кремния;

2. Из силицированных графитов;

3. Методом реакционного спекания с применением метода химического формования.

Первый способ длителен по времени, требует больших энергетических затрат и в то же время не дает возможность получить требуемую однородность структуры материала изделия.

Второй способ не обеспечивает достаточного количества кристаллов карбида кремния в объеме изделия, т.е. количество износостойких компонентов в структуре материала недостаточно.

Указанные недостатки, а также технологические трудности при получении изделий препятствуют широкому применению этих методов.

Метод реакционного спекания с применением метода химического формования позволяет получить монолитную структуру материала на основе карбида кремния, с точной фиксацией требуемой формы готового изделия, возникающей благодаря образованию каркаса сросшихся кристаллов при взаимодействии углерода заготовки, полученной методом химического формования, с кремнием. При этом достигается большая однородность материала (содержание 8Ю2 до 95%).

Сущность метода химического формования состоит в том, что углеродистое вещество различных размерных фракций смешивают в определенной весовой пропорции с порошком термореактивной смолы. Эту смесь засыпают в форму, соответствующую форме требуемого изделия, и подвергают обработке на вибростоле. После этого прессформу со смесью ставят в сушильный шкаф и нагревают до температуры плавления термореактивной смолы. Далее прессформу охлаждают на воздухе и заготовку извлекают из формы. Это называется получением заготовки методом химического формования.

Полученная по этому методу заготовка изделия обладает следующими преимуществами:

1. В результате деструкции летучих веществ при термическом разложении термореактивной смолы во время нагрева до температуры начала взаимодействия кремния с углеродом, а также отсутствия операции прессования создается пронизывающая весь объем пористость.

2. Открытая пористость позволяет осуществлять транспортирование кремния по всему объему заготовки между частицами углеродистого вещества, увеличивая поверхность взаимодействия между компонентами, вступившими в реакцию, что сокращает длительность процесса взаимодействия. В то же время применение неграфитирующегося углерода, обладающего открытой пористостью, в качестве материала заготовки позволяет положительно влиять на образование кристаллов карбида кремния в количественном отношении и на равномерность их расположения в объеме готового изделия

Данный процесс позволяет получить изделия из композиционного материала на основе карбида кремния, наиболее полно отвечающие требованиям увеличения межремонтного периода в схемах обогащения кварцевых песков. Композиционный материал имеет твердость 9 единиц по Моосу и высокую однородность структуры.

В то же время изделия из карбида кремния, полученные методом реакционного спекания, в полной мере отвечая требованиям износостойкости при гидроабразивном воздействии, не удовлетворяют требованиям прочности при механических нагрузках, которым подвергаются рабочие поверхности размольного агрегата при размоле кварцевых песков.

В технологической линии дальнейшей переработки кварцевых песков в молотый кварц наименьшим межремонтным периодом обладает размольный агрегат - воздухоструйная мельница. Воздухоструйная мельница работает по принципу раздавливания и истирания. Давление, необходимое для раздавливания, создается весом ролика и усилием прижатия пружин. Величина прижатия пружин на каждый ролик достигает 50 тонн. Характеристика кварцевого песка, поступающего на размол, приведена в табл. 3.

Таблица 3.

Характеристики кварцевых песков, поступающих на размол

Наименование параметра Содержание

Плотность От 2,21 до 2,53 г/смЗ

Твердость по Моосу До 7 единиц

Средний размер зерна 0,19-0,27

Коэффициент однородности Около 80%

Перерабатываемый воздухоструйной мельницей обогащенный кварцевый песок в молотый кварц оказывает неодинаковое влияние на износ оборудования и отсюда - на величину межремонтного периода различных ее конструктивных элементов.

Наименьшим межремонтным периодом в воздухоструйной мельнице обладают плиты футеровки размольной чаши и мелющих роликов.

В схемах дальнейшей переработки кварцевых песков сама установка (воздухоструйная мельница) воздействует на перерабатываемую массу. Максимальная величина воздействия ограничивается составляющей энергией привода мельницы, следовательно, имеется постоянная составляющая энергетического воздействия, и в данном случае увеличение межремонтного периода будет зависеть только от характеристик объектов воздействия, т.е. качества рабочих поверхностей и физических характеристик перерабатываемого сырья.

Материалы футеровок, подвергающиеся абразивному износу в операциях размола кварцевых песков, должны обладать высокой твердостью, но иметь запас пластичности, предотвращающий хрупкое разрушение. Этим требованиям отвечают композиционные материалы на основе карбидов вольфрама. Однако применение этих сплавов не дало достаточного эффекта по увеличению межремонтного периода воздухоструйной установки при размоле кварцевых песков.

Поэтому в работе используется метод магнитно-импульсной обработки, позволяющий значительно снизить энергоемкость при разрушении материалов.

Метод основан на воздействии па материал магнитного гтоля высокой напряженности, влияющего на структуру обрабатываемого материала с целью изменения его энергетического состояния, а также поверхностных и внутренних напряжений. Изменение внутренних напряжений ведет к образованию микротрещин в материале. Это является условием роста хрупкой трещины, т.е. хрупкость материала возрастает, и в связи с этим возрастает способность материала разрушаться при деформации.

Предложена идея и проведены необходимые исследования по применению данного метода магнитно-импульсной обработки (МИО) для снижения энергоемкости разрушения поступающих на размол кварцевых песков. Исследования проводились в двух направления, и целью их являлось:

1. Уменьшение энергоемкости измельчения кварцевых песков с помощью их предварительной обработки МИО при определенных режимах.

2. Применение в комплексе технологической цепи дальнейшей переработки кварцевых песков в молотый кварц схемы МИО, что должно привести к увеличению межремонтного периода размольных футеровок воздухоструйной мельницы.

Для решения этих задач были проведены следующие исследования:

Разработаны оптимальные режимы МИО кварцевых песков: напряженности магнитного поля, количества и длительности импульсов. В табл. 4 и на рис.6 приведено изменение содержаний фракций молотого песка, возникающее вследствие воздействия на испытуемые образцы МИО.

Как видно из приведенных данных, наибольший выход мелких фракций получен при использовании режима На=5* 106 А/м при двух импульсах.

Таблица 4.

Сводная таблица изменения содержания фракций молотого песка,

возникающего вследствие воздействия на испытуемые образцы МИО.

№ опыта Не обработанный 5*104 5*10 5*106

Фракция 1 имп 2 имп 3 имп 1 имп 2 имп 3 имп 1 имп 2 имп 3 имп

+0,45 100 50 37,5 50 50 50 - 50 - -

-0,45+0,2 100 87,7 85,1 80,8 82,5 81,8 79.9 81,8 70,2 80,5

-0,2+0,16 100 95,2 96,8 114,3 127,8 196,8 120,6 125,4 119,1 92,9

-0,16+0,1 100 106 103.8 98 98,5 110,6 98,5 91 103 107,6

-0,1+0,071 100 116,7 118,1 127,8 112,5 120,8 119,4 113,9 122,2 123,6

-0,071 100 120,8 122,9 120,8 122,2 127,8 118,1 120,1 140,7 130,6

Рис.6. Зависимость выхода мелких фракций от режимов МИО.

В связи с тем, что песок, поступающий на дробление в воздухоструйную мельницу, может иметь различную степень влажности, определялось влияние влажности на размол кварцевого песка при использовании метода МИО. Полученные результаты приведены на рис.7.

110

<1.

100 ^ I

Не обрэбо- сухой

Влажность песка, %

Рис. 7 Влияние влажности на выход мелких фракций Максимальный выход мелких фракций наблюдается при обработке кварцевого песка 5*106 А/ч двумя импульсами при влажности 20%.

В работе проведен расчет изменения энергоемкости дробления кварцевого песка, обработанного методом МИО, по сравнению с необработанным.

Энергоемкость измельчения рассчитывалась, исходя из энергии, потребляемой мельницей, и энергии магнитного импульса, полученного при помощи конденсаторной батареи

Е = , (15)

где Е - энергия, потраченная мельницей на совершение измельчения, кВт/ч, ^^ - мощность двигателя, установленного на мельнице, кВт, X - время дробления, (с).

Е^С*и2 . (16) 2

где - Е' - энергия магнитного импульса, (кВт/ч), С-емкость конденсаторной батареи, Ф; и - напряжение сети, заряжающей конденсаторы, В. Энергоемкость дробления определяется по формуле:

Е , (17)

е =

Я

где 0 - выход годного продукта, кг.

Е

(18) в, в,

20

где е) - энергоемкость измельчения без обработки песка методом МИО; О1 -выход годного продукта (фракция -0,071) без обработки песка методом МИО.

е =Е + Е =^*ОНС*и22)*п , (19)

вг ~ вг

где е2 - энергоемкость измельчения после обработки песка методом МИО; (32 - выход годного продукта (фракция -0,071) после обработки песка методом МИО; п - количество импульсов.

е, = 50 МДж/кг = 13,889 кВт* ч/кг; е2 = 36 МДж/кг = 10 кВт* ч/кг;

Де = (е, - е2) / е1 * 100% = 28%. (20)

Таким образом, применение МИО снижает энергоемкость дробления на 28%.

Снижение энергоемкости дробления повышает межремонтный период воздухоструйной мельницы.

Энергетическая характеристика износа при абразивном воздействии имеет вид: дк

"А (21)

или

р

д(/ , (22)

1*¥

где Ду - масса разрушаемого и удаляемого с поверхности материала; Ь - путь трения, м; Б - сила трения; А - совершаемая работа. Работа равномерно работающей системы равна:

А = Еп*Т ' (23)

где Е„ - энергия постоянного воздействия; Т - время постоянного воздействия. Следовательно:

Е*т ; (24)

т,

АУ Е*Р

где Т] - межремонтный период мельницы.

Межремонтный период мельницы, измельчающий обработанный методом МИО песок, равен: д у

Тг~ Е„*0.72*Р . (26)

Изменение межремонтного периода при сохранении стабильности всех остальных параметров:

АТ=Т2~Т * 100% = 39% . (27)

Практическое использование полученных результатов возможно в схеме дальнейшей переработке кварцевых песков в молотый кварц, представленной на рис.8.

На ленточный конвейер 1, подающий обогащенный кварцевый песок в сушильный барабан 2, устанавливается необходимое оборудование для МИО.

Установка для

Обогащенное--1

кварцевые -г—

пески 1

(Т7 ГГ)

1 — ленточный конвейер;

2 - сушильный барабан;

3 - размольная установка в виде ваэдухосгруйной мельницы «Леше»

П-

Г

Молотый кварц

Рис.8. Технологическая линия переработки кварцевого песка в молотый кварц с применением установки для МИО.

Предложенные способы повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка позволяют значительно увеличить их межремонтный период' применение пескового насадка гидроциклона, изготовленного из карбида кремния методом реакционного спекания с применением метода химического формования, позволило снизить интенсивность изнашивания рабочих элементов гидроциклона гидроабразивной пульпой с содержанием твердой фазы 20-30% (рассматриваемая линия обогащения) в среднем в 8,5 раз, а применение предварительной магнитно-

импульсной обработки кварцевого песка, поступающего на размол, снизило энергоемкость дробления на 28%, что позволило повысить межремонтный период мельницы на 39%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка.

1. Лимитирующими звеньями, имеющими наименьший межремонтный период в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевого песка, являются:

а) гидроциклоны - за счет изнашивания рабочих поверхностей Песковых насадков при гидроабразивном воздействии пульпы.

б) воздухоструйная мельница - в результате износа рабочих поверхностей футеровок размольной чаши и роликов при абразивном воздействии перерабатываемой массы кварцевых песков.

2. Нарушение стабильности разгрузочного отношения гидроциклона в сторону его увеличения в результате гидроабразивного износа внутреннего диаметра пескового насадка резко ухудшает эффективность его работы как аппарата в технологических схемах обогащения кварцевых песков. Определена методика для подбора оптимального разгрузочного отношения гидроциклонов для конкретной технологической линии обогащения кварцевых песков.

3. Удельный весовой износ рабочих поверхностей при гидроабразивном воздействии подчиняется логарифмическим зависимостям от энергетических параметров твердой и жидкой составляющих гидроабразивной пульпы, а также от ее гранулометрического состава.

4. Сформулированы требования к материалу и технологии изготовления лимитирующего звена в технологической линии обогащения кварцевого песка. Этим материалом является композит на основе карбида кремния, полученный методом реакционного спекания.

5. Твердость полученного материала - 9 единиц по шкале Мооса, что выше твердости кварцевого песка (7 единиц по шкале Мооса). Расстояние между частицами карбида кремния не превышает наименьший размер частиц

материала пульпы. Материал с такой структурой и свойствами обеспечил долговечность гидроциклона до 7 месяцев.

6. Предложен метод магнитно-импульсной обработки песков, позволяющий снизить энергоемкость дробления на 28%.

7. Исследования показали, что рациональным режимом МИО песка являются следующие показатели:

- напряженность магнитного поля 5* 106 АУм;

- количество импульсов - 2;

8. Доказано, что изменение влажности песка от 0 до 40% влияет на выход годного продукта, причем наибольший выход мелких фракций происходит при обработке песка влажностью 20%.

9. Проведенные исследования позволили снизить энергоемкость помола на 30% и увеличить долговечность мельницы на 40%.

10. Предполагаемый экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составит 95332,95 руб.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих

работах:

1. Шагарова О.Н., Рабин Н.И. Содержание аппаратного железа в готовом продукте при изнашивании рабочих органов оборудования. М.: МГГУ, ГИАБ, 2004, №11, с.293.

2. Плотниченко Н.В., Шагарова О.Н. Требования к конструктивным материалам, способным увеличить межремонтный период оборудования при работе в гидроабразивных средах. // Сб. научн. тр. студ. и магистров. -М.: МГГУ, вып. 5,2005, стр. 250-255;

3. Шагарова О.Н. Комплексная переработка полезных ископаемых при разработке фосфатных месторождений с учетом экологической ситуации (на примере АО «ФОСФАТЫ»), / Деп. рук. №416/09-05,4 стр. - М.: МГГУ, ГИАБ, 2005.

4. Шагарова О.Н. Зависимость технологических показателей от изменения конструктивных параметров гидроциклона, / Деп. рук. №422/11-05, 4 стр. -М.: МГГУ, ГИАБ, 2005.

Подписано в печать 06.09.05 Формат 90x60/16

Объем 1.пл. Тираж 100 экз. Заказ № ¡090

Типография Московского государственного горного университета: Москва, Ленинский пр-т, 6.

Р 16 4 01

РНБ Русский фонд

2006-4 14403

у*

Введение.

1. Технологические линии обогащении и переработки кварцевых песков. Используемое оборудование.

1.1. Перспективы комплексной отработки месторождений полезных ископаемых. Состав твердости и абразивности перерабатываемой массы. Технологические линии обогащения и переработки кварцевых песков. Используемое оборудование.

1.2. Межремонтный период оборудования технологической линии обогащения кварцевых песков.

1.3. Использование гидроциклонов в технологических линиях обогащения кварцевых песков.

1.4. Межремонтный период оборудования технологической линии получения кварца молотого.

Выводы.

2. Исследование факторов, влшпощпх па долговечность гидроцпклонов н размольной установки.

2.1. Влияние гранулометрического состава и абразивности твердой фазы перерабатываемой пульпы на изменения конструктивных параметров гидроциклонов.

2.2. Зависимость технологических показателей от изменения конструктивных параметров рабочих элементов гидроциклона.

2.3. Принцип работы воздухоструйной мельницы и факторы, влияющие на ее долговечность.

Выводы.

U 3. Исследование изнашивании рабочих поверхностей лимитирующих звеньев в технологических линиях обогащении и дальнейшей переработки кварцевых песков.

3.1. Энергия изнашивания и состав гидроабразивной пульпы.

3.2. Исследование зависимости износа Песковых насадок гидроциклонов от энергетических параметров гидроабразивной пульпы и ее гранулометрического состава.

3.3. Исследование зависимости износа Песковых насадок гидроциклонов от твердости материала, используемого для их изготовления.

3.4. Вид изнашивания футеровок размольной чаши и мелющих роликов воздухоструйной мельницы.

Выводы.

4. Разработка способов повышении долговечности технологических jiiiiihh производства кварцевого песка.

4.1. Требования к конструкционным материалам способным повысить долговечность оборудования в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевых песков.

4.2. Карбид кремния, как наиболее перспективный материал для повышения долговечности в технологических линиях обогащения кварцевых песков.

4.3. Методы получения изделий из композиционного материала на основе карбида кремния и способ упрочнения рабочих поверхностей.

4.4. Карбид вольфрама, как наиболее перспективный материал для изготовления рабочих футеровок воздухоструйных мельниц при размоле кварцевых песков.

4.5. Метод магнитно-импульсной обработки кварцевых песков, поступающих на размол.

4.6. Расчет изменения энергоемкости измельчения кварцевого песка, предварительно обработанного магнитно-импульсном полем.

4.7. Расчет повышения долговечности воздухоструйной мельницы, при применении предварительной магнитно-импульсной обработки размалываемого кварцевого песка.

4.8. Ожидаемая технико-экономическая эффективность применения результатов диссертационной работы.

Выводы.

Кварцевые пески широко применяются в промышленном, гражданском и дорожном строительстве, литейном производстве и производстве изделий из стекла и керамики, причем объемы потребления и требования к качеству кварцевых песков неуклонно возрастают [1,2,3].

Общее мировое потребление качественного кварцевого песка оценивается в 100-120 млн. т. в год, из которых - 50% приходится на машиностроительное производство, стекольное производство - 35%, керамическую, строительную, химическую и другие отрасли - 15-20%.

Кварцевые пески, называемые формовочными, являются основным составляющим материалом для формовочных и стержневых смесей, используемых в литейном производстве [4], кроме того, они широко применяются для производства всех видов изделий из стекла и керамики [5]. ^ Основными контролируемыми параметрами в химическом составе кварцевых песков для стекольной промышленности являются: содержание двуокиси кремния (S1O2), окислов железа (Ре20з), окислов алюминия (А10). Чем выше содержание двуокиси кремния и ниже содержание всех прочих компонентов, тем выше качество готовой продукции. С точки зрения физико-механических свойств песков для стекольной промышленности, контролируемыми параметрами является однородность гранулометрического состава, чем она выше, тем качественнее готовая продукция. Для формовочных песков одной из основных характеристик является газопроницаемость, которая также зависит от однородности гранулометрического состава, но в данном случае, чем ниже однородность, тем выше газопроницаемость.

Производство всех видов кварцевых песков базируется на природных А месторождениях, основным минералом которых является кварц в виде зернистой массы.

I Долгое время снабжение промышленности кварцевыми песками осуществлялось путем разработки месторождений, не требующих обогащения. Производство кварцевых песков заключалось в их добыче с последующей отгрузкой потребителю авто- или железнодорожным транспортом.

Однако, в связи с истощением месторождений подобного типа и переходу к разработке месторождений кварцевых песков, значительно загрязненных вредными минеральными примесями, а также возросшими требованиями, предъявляемыми промышленностью к качеству получаемого продукта, основным этапом производства кварцевых песков является их обогащение [1-9].

Достижение качественно-количественных параметров кварцевых песков может быть достигнуто использованием различных технологических линий обогащения. Все эти технологические линии основаны на применении д мокрых методов обогащения, когда пульпа из смеси кварцевых песков и воды подвергается механическим воздействиям на различных видах технологического оборудования с целыо извлечения полезного компонента. В то же время, повышение качества полезного компонента увеличивает область применения кварцевых песков в результате их переработки в дополнительных технологических линиях.

В результате этого рабочие поверхности оборудования технологических линий обогащения подвергаются гидроабразивному воздействию пульпы, а в дополнительных линиях переработки кварцевых песков, чаще всего, абразивному воздействию [10]. Энергетические параметры воздействия изменяются в широких интервалах. Все это оказывает влияние на интенсивность изнашивания рабочих элементов оборудования и приводит к снижению долговечности оборудования на отдельных операциях в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевых несков.

При непрерывности и многотоннажности технологического процесса даже кратковременные остановки на ремонт оборудования, выполняющего отдельную технологическую операцию, приводит к остановке всего оборудования линии, что отрицательно отражается на технологических и экономических показателях.

Исходя из этого, повышение долговечности отдельных видов оборудования в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевых песков, выравнивание его по максимальному значению по всей технологической цепи является актуальной задачей.

Актуальность этой задачи будет возрастать с расширением производства и увеличением требований к качеству кварцевых песков для машиностроительной и стекольной промышленности, а также в связи с дальнейшим истощением природных месторождений данного продукта и подключением к разработке месторождений со значительным загрязнением основного компонента вредными примесями.

Для решения поставленной проблемы необходимо на примере наиболее полной технологической линии обогащения кварцевых песков рассмотреть и дать ответ на следующие задачи:

1. Определить величину межремонтного периода технологического оборудования. Найти звено с минимальным лимитирующим значением по этому параметру, как в технологических схемах обогащения кварцевых песков, так и в технологических схемах дальнейшей переработки обогащенных кварцевых песков.

2. Обосновать необходимость увеличения долговечности оборудования на определенную величину у звеньев, имеющих его минимальное значение.

3. Выявить закономерности, влияющие на длительность межремонтного периода у лимитирующего звена в технологической линии обогащения кварцевых песков.

4. Сформулировать требования к конструкции и материалам для изготовления лимитирующего звена оборудования.

Решение поставленных задач позволит снизить эк'силуатационные расходы на содержание оборудования, увеличить выпуск и повысить качество готовой продукции.

Целью работы является повышение долговечности быстроизнашивающегося оборудования технологических линий обогащения и дальнейшей переработки кварцевых песков за счет рационального выбора материалов для изготовления рабочих элементов и за счет снижения энергоемкости измельчения материала, что позволит уменьшить эксплуатационные расходы на содержание данного оборудования и обеспечение качества получаемого продукта.

Идея работы — повышение долговечности оборудования технологических линий производства кварцевых песков возможно не только за счет рационального выбора материала и технологии изготовления рабочих элементов лимитирующего звена, но и путем снижения энергоемкости дробления кварцевого песка при рациональной подготовке полезного ископаемого.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Установлены зависимости содержания шламов в полезном компоненте и полезного компонента в шламах от величины разгрузочного отношения, позволяющие выбрать оптимальный режим работы гидроциклона.

2. Установлены зависимости интенсивности изнашивания рабочих органов гидроциклона при гидроабразивном воздействии от гранулометрического состава и энергии воздействия твердой фазы пульпы.

3. Предложен способ и технология получения композитного материала, обеспечивающего повышение долговечности Песковых насадок гидроциклона при воздействии гидроабразивной пульпы.

4. Предложен способ повышения долговечности воздухоструйной мельницы путем снижения энергоемкости дробления кварцевого песка при предварительной обработке магнитным импульсным полем в оптимальных режимах. д Новизна исследования, состоит в следующем:

1. Определено оптимальное отношение внутреннего рабочего диаметра пескового насадка к внутреннему рабочему диаметру сливного патрубка.

2. Предложена технология химического формования заготовок рабочих элементов гидроциклона, отличающаяся получением равномерной и однородной структуры готового материала, существенно снижающего интенсивность изнашивания.

3. Впервые предложен метод магнитно-импульсной обработки кварцевых песков для повышения эффективности работы воздухоструйных мельниц.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются:

• результатами теоретических и экспериментальных исследований изнашивания оборудования, проведенных в лабораторных условиях и удовлетворительной их сходимостью (Р=95%);

• применением методов математической статистики к представленным объемам экспериментальных данных, использованием современного компьютерного оборудования и математического программного обеспечения;

• необходимым объемом микроструктурных и рентгеновских исследований;

Научное значение исследований заключается в разработке зависимостей интенсивности изнашивания рабочих органов от энергии воздействия гидроабразивной пульпы и выборе способов повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка. Практическое значение работы состоит в разработке: метода химического формования для изготовления рабочих Ф поверхностей гидроциклонов из композиционного материала на основе карбида кремния; iff- - оптимальных режимов обработки кварцевых песков импульсным магнитным полем, позволяющим снизить энергоемкость их измельчения. Реализация выводов и рекомендаций работы. Метод химического формования для получения Песковых насадков гидроциклона из композиционного материала на основе карбида кремния и способ снижения энергоемкости дробления методом магнитно-импульсной обработки приняты к использованию в Государственном научно-исследовательском институте горнохимического сырья (ГИГХС) для разработки рекомендаций по повышению долговечности обогатительного оборудования на горнообогатительных предприятиях, а также в ЗАО «Горно-обогатительное производство» для повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка.

Апробация работы. Основные положения и содержание работы доложены на научно-техническом семинаре в ГИГХС (2005г.), Международных семинарах «Неделя горняка» (2003-2005гг.), семинарах кафедры «Технология машиностроения и ремонт горных машин» (МГГУ 2004-2005 гг.)

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные работы.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения, содержит 31 рисунок, 41 таблицу и список использованной литературы из 93 наименований.

Выводы:

1. Сформулированы требования к конструктивному материалу, обеспечивающие увеличение долговечности, как в технологических линиях обогащения кварцевых песков, так и в технологических линиях их дальнейшей переработки. а) Материал для изготовления рабочих поверхностей оборудования технологических линий обогащения кварцевых песков, подвергающихся гидроабразивному воздействию, должен обладать твердостью выше твердости любого компонента, входящего в состав гидроабразивной пульпы и однородностью структуры, которая характеризуется наибольшей концентрацией твердых частиц в его объеме, с расстоянием между частицами не превышающими наименьшего размера частиц твердой фазы пульпы.

Доказано, что наиболее полно этим требованиям удовлетворяет изделия из карбида кремния, заготовки которых получены методом химического формирования. б) В технологических линиях дальнейшей переработки кварцевых песков, где рабочие поверхности оборудования подвергаются абразивному износу, требованиям к материалу, который используется для их изготовления, наиболее полно отвечают материалы на основе карбида вольфрама.

2. Предварительная магнитно-импульсная обработка (МИО) обогащенных кварцевых песков позволяет снизить энергоемкость измельчения в технологических линиях дальнейшей переработки на 28%, и повысить долговечность футеровок размольных агрегатов - слабейшего звена в цепи оборудования на 39%.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка.

1. Лимитирующими звеньями, имеющими наименьший межремонтный период в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевого песка, являются: а) гидроциклоны - за счет изнашивания рабочих поверхностей Песковых насадков при гидроабразивном воздействии пульпы. б) воздухоструйная мельница - в результате износа рабочих поверхностей футеровок размольной чаши и роликов при абразивном воздействии перерабатываемой массы кварцевых песков.

2. Нарушение стабильности разгрузочного отношения гидроциклона в сторону его увеличения в результате гидроабразивного износа внутреннего диаметра пескового насадка резко ухудшает эффективность его работы как аппарата в технологических схемах обогащения кварцевых песков. Определена методика для подбора оптимального разгрузочного отношения гидроциклонов для конкретной технологической линии обогащения кварцевых песков.

3. Удельный весовой износ рабочих поверхностей при гидроабразивном воздействии подчиняется логарифмическим зависимостям от энергетических параметров твердой и жидкой составляющих гидроабразивной пульпы, а также от ее гранулометрического состава.

4. Сформулированы требования к материалу и технологии изготовления лимитирующего звена в технологической линии обогащения кварцевого песка. Этим материалом является композит на основе карбида кремния, полученный методом реакционного спекания.

5. Твердость полученногог материала - 9 единиц по шкале Мооса, что выше твердости кварцевого песка (7 единиц по шкале Мооса). Расстояние между частицами карбида кремния не превышает наименьший размер частиц материала пульпы. Материал с такой структурой и свойствами обеспечил долговечность гидроциклона до 7 месяцев.

6. Предложен метод магнитно-импульсной обработки песков, позволяющий снизить энергоемкость дробления на 28%.

7. Исследования показали, что рациональным режимом МИО песка являются следующие показатели:

- напряженность магнитного поля 5* 106 А/м;

- количество импульсов - 2;

8. Доказано, что изменение влажности песка от 0 до 40% влияет на выход годного продукта, причем наибольший выход мелких фракций происходит при обработке песка влажностью 20%.

9. Проведенные исследования позволили снизить энергоемкость помола на 30%) и увеличить долговечность мельницы на 40%.

10. Предполагаемый экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составит 95332,95 руб.

1. Попова И.И. Перспективы обеспечения стекольной промышленности высококачественным сырьем. М.; изд. ЦНИИЭстром, 1965г.

2. Справочник по обогащению руд. Под. ред. Богданова О.С.,М.; Недра, в 3-х т., 1984г.

3. Формовочные материалы. Каталог Министерства станкостроительной и инструментальной промышленности, 1989г.

4. Берг П.П. Формовочные материалы. М., Машизд, 1963г.5. ГОСТ 22551-77

5. Бровции А.К., Аэродинамическое обогащение сыпучих материалов. Обогащение руд., 1996г. №4.

6. Ревнивцев В.В. Обогащение кварца и полевых шпатов. М.; Недра, 1970г.

7. Ревнивцев В.И., Шпектор А.А., Обогащение формовочных песков. М.; НИИМАШ, 1972г.

8. Формовочные материалы. Каталог Министерства станкостроительной и инструментальной промышленности.

9. Солод Г.И., Радкевич Я.М., Управление качеством горных машин: Учеб. Пособие. -М.:МГГУ, 1985.

10. Бахтин А.Г. Минералогия. М.; Госкомиздат, 1950г.

11. Минералогический справочник технолога обогатителя. J1.; Недра, 1985г.

12. Ревнивцев В.И., Кропатьев С.И., Песков В.В. Методика рационального анализа для изучения вещественного состава полешпатовых пород. В сб. Методические материалы для лабораторий геологических управлений и экспедиций. Вып. 3. Изд. ВИМС, 1963г.

13. Шлайн И.В., Тимошков Я.В., Попова И.И. Исследования обогатимости песка для стекловарения. М.; Промстройиздат, 1952г.

14. Californian glass and peant. Mining and eng.; №6, 1965r.

15. Havighorst C.R. Separating glass sand from clay. Chemicalengineering, vol 70, №12, 1963r.

16. Coor W.E. The purification and handling of sand for use in the manufacture of hand-made lead-crystal glass ware. Journ society glass technology vol. 34, 1950r.

17. No silica wasted. Rock pradukt, vol. 44, №9, 1941 r.

18. Utley H.F. New Idaho sclica-sand-clay-mica peant added to simplots wides pread industrial empire. Pit Si Quarry, vol. 54, №6, 1961r.

19. Дендюк T.B., Каличенко А.Ф., Татаринова A.T. и др. Селективное выделение цепных компонентов из сопутствующих пород и отходов карьеров горнорудных и металлургических предприятий. Обогащение руд, №3, 1995 г.

20. Брагин Ю.И., Блажук С.В., Лютня J1.M. Геолого-технологические типы верхнемеловых фосфоритов Восточно-Европейской платформы. Горный вестник. Спец. Выпуск 1996г.

21. Технико-экономическая оценка целесообразности комплексной разработки карьером №13 формовочных песков и фосфоритной руды на Семиславском участке Егорьевского месторождения фосфоритов. 1987г.

22. Худинов А.С., Дектярев A.M., Дектярев В.А. Открытая разработка месторождений горно-химического сырья. М.; Недра, 1974г.

23. Ilyin A.V. Genomanian phosphorites in the former Sovet Union. Sedimentay geologiy Elsevier. Vol. 94, 1994r.

24. Гиммельфарб Б.М. Закономерности размещения фосфоритов СССР и их генетическая классификация, М.; Недра; 1965г.

25. Кармышов В.Ф. Химическая переработка фосфоритов, М.; Химия, 1983г.

26. Заключение по качеству обогащения кварцевых песков. Научно-производственный Центр «Стекло» при ОАО «Институт стекла» от 12.08.1999г.

27. Циперович М.В. оборудование углеобогатительных фабрик, Г.Н.Т.И. Свердловск, 1958г.

28. Свирин В.Г., Соломенников В.И., Юделев Д.М. Ремонтно-вспомогательное хозяйство обогатительных фабрик, М.; недра, 1978г.30,31,32.