автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Повышение межремонтного периода оборудования технологических линий обогащения фосфоритов на основе применения износостойких футеровок

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ ФОСФОРИТОВ И

ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Ю

1.1. Характеристика Егорьевского месторождения фосфоритов, технологическая схема их обогащения, используемое оборудование, состав твердости и абразивности пород

1.2. Межремонтный период технологического оборудования комбинированной схемы обогащения фосфоритов

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА

МЕЖРЕМОНТНЫЙ ПЕРИОД ГИДРОЦИКЛОНОВ

2.1. Влияние гранулометрического состава и абразив-ности твердой фазы перерабатываемой пульпы на изменение конструктивных параметров гидроциклонов

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

Вывода по главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНАШИВАНИЯ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ МЕЖРЕМОНТНОГО ПЕРИОДА ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ГИДРОАБРАЗИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

3.1. Энергия изнашивания и состав пульпы

3.2. Исследование требований к материалам обладающим большой гидроабразивной стойкостью

-3Стр.

3.3. Карбид кремния как наиболее перспективный материал для увеличения межремонтного периода рабочих элементов оборудования в схемах обогащения фосфоритов

3.4. Исследование условий, влияющих на образование и расположение кристаллов карбида кремния в композиционном материале на его основе.

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ, ОБЛАДАЮЩЕГО ОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРОЙ

4.1. Влияние гранулометрического состава углеродистых частиц заготовки матрицы на однородность материала изделия

4.2. Исследование влияния химического состава заготовки-матрицы на технологические параметры.

4.3. Технологическая схема получения изделий на основе карбида кремния и характеристика применяемого оборудования

4.4. Механические свойства получаемого материала,,.

4.5. Методика и результаты проведения испытаний на износ.

4.6. Влияние стабильности разгрузочного отношения на оценку качества гидроциклонов как классифицирующих аппаратов

-44.7. Технико-экономическая эффективность применяемого метода долговечности

Выводы по главе.

Довести выпуск минеральных удобрений в 1985 году до 150+155 миллионов тонн" - такую задачу поставил ХХУ1 съезд КПСС, определяя основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 г./ I /

В настоящее время 3/4 пахотных земель в СССР испытывают недостаток в фосфорных удобрениях. В то же время отечественные фосфорсодержащие руды характеризуются низким содержанием полезного компонента, поэтому вся масса фосфорного сырья подвергается обогащению.

Повышение качественно-количественных показателей обогащения фосфатных руд может быть достигнуто использованием комбинированных схем, требующих применения различных типов оборудования. Эти схемы обогащения фосфоритов основаны на применение мокрых методов обогащения, когда пульпа из смеси фосфорсодержащих руд, фло-тореагентов и воды подвергается механическим воздействиям на различных видах технологического оборудования с целью извлечения полезного компонента.

В результате рабочие поверхности оборудования подвергаются гидроабразивному воздействию пульпы, энергетические параметры которой изменяются в широком интервале. Это оказывает влияние на интенсивность изнашивания рабочих элементов оборудования и приводит к различной длительности межремонтного периода оборудования на отдельных операциях в комбинированных схемах обогащения.

При непрерывности технологического процесса обогащения даже кратковременные остановки на ремонт оборудования, выполняющего отдельную технологическую операцию, приводит к остановке всего оборудования схемы, что отражается на технологических и экономических показателях работы обогатительных фабрик.

Повышение межремонтного периода отдельных видов оборудования в технологических схемах обогащения фосфоритов, выравнивание его по максимальному значению во всей технологической цепи является актуальной задачей.

Ее актуальность возрастает в связи с тем, что в настоящее время подвергается обогащению 90% добываемой железной руды, вся масса руд цветных металлов, весь добываемый коксующейся уголь и почти 50% энергетических углей, вся масса калийного сырья для производства минеральных удобрений, а также значительная часть строительных материалов.

Однако, задача повышения межремонтного периода и выравнивание его по максимальному значению во всей цепи оборудования, применяемого в схемах обогащения полезных ископаемых вообще и фосфоритов в частности, не решена в достаточной степени. Для ее решения необходимо, на примере типичной комбинированной схемы обогащения фосфоритов рассмотреть следующие задачи :

1. Определить межремонтный период у основного технологического оборудования. Найти лимитирующее звено по этому параметру.

2. Обосновать необходимость увеличения межремонтного периода на определенную величину лимитирующего вида оборудования.

3. Выявить закономерности, влияющие на длительность межремонтного периода лимитирующего звена оборудования.

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

5. Разработать метод, обеспечивающий повышение межремонтного периода лимитирующего звена оборудования до межремонтного периода всех звеньев оборудования в технологической цепи.

Решение этих задач позволит снизить эксплуатационные расходы на содержание оборудования и увеличить выпуск готовой продукции. Проблемы, стоящие в этой области, и пути их решения для горнохимической промышленности, определены постановлением ЦК КПСС и Советом Министров СССР № 1019 от 10.10.1981г., а также приказом министра по производству минеральных удобрений № 490 от 16.10.1981г.

Целью работы является установление зависимостей межремонтного периода оборудования технологических линий обогащения фосфоритов от энергетических параметров воздействия фаз пульпы для создания метода по его увеличению, что позволит снизить эксплуатационные расходы на содержание данного оборудования.

Идея работы заключается в повышении межремонтного периода оборудования технологической линии обогащения фосфоритов путем повышения его у лимитирующего звена за счет изменения интенсивности изнашивания его рабочих элементов в зависимости от требуемого межремонтного периода.

Научные положения, разработанные лично диссертантом, и новизна:

- степенная функция интенсивности изнашивания поверхности при гидроабразивном воздействии, новизна которой состоит в том, что ее показатель зависит от соотношения энергий твердой и жидкой фаз пульпы;

- наиболее эффективно сопротивляется гидроабразивному воздействию композиционный материал на основе карбида кремния, отличающийся наибольшей концентрацией твердых частиц в единице объема и расстоянием между ними не превышающим наименьшего размера частиц твердой фазы пульпы;

-8- метод позволяющий довести длительность межремонтного периода оборудования при гидроабразивном воздействии пульпы на его рабочие поверхности до I года, отличие которого состоит в том, что футеровки полученные на его основе содержат 93% карбида кремния ^-модификации при расстоянии между твердыми частицами не более 9 1СГб мм.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций: Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы результатами теоретических и эксперементальных исследований изнашивания оборудования, проводимых в лабораторных и производственных условиях; применением методов математической статистики и теории вероятности, необходимым объемом микроструктурных и рентгеновских исследований. Количество и длительность опытов обоснованы использованием методов планирования экспериментов с вероятностью не ниже 0,9, при отклонении 4 •?■ 5%.

Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении степенной зависимости интенсивности изнашивания поверхности при гидроабразивном воздействии от соотношения энергии движения твердой и жидкой составляющих фаз пульпы и формулировки требований к структурному состоянию материала обладающему наибольшей сопротивляемостью гидроабразивному изнашиванию.

Практическое значение состоит в разработке метода повышения межремонтного периода оборудования в линиях обогащения фосфоритов до I года на основе применения футеровок из композиционного материала с содержанием 93% карбида кремния ft - модификации при расстояг нии между его частицами не более 9 10 мм.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Метод по увеличению межремонтного периода используется на Подмосковном производственном объединении "Фосфаты" и принят

Всесоюзным объединением "Союзгорхимпром".

На Подмосковном производственном объединении "Фосфаты" создан участок по производству футеровок.

Реальный годовой экономический эффект от применения метода по увеличению межремонтного периода только по производственному объединению "Фосфаты" составил 143 тысячи рублей.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-техническом совещании во Всесоюзном научно-исследовательском и проектно-технологическом институте электроугольных -изделий (ВНИИЭИ) в 1977 году и Всесоюзном совещании механиков "Союзгорхим-прома" в 1979 году.

Результаты работы экспонировались на ВДНХ в 1977 и в 1980 годах.

Публикации.

По результатам исследования получено два авторских свидетельства и опубликовано печатных работы.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 113 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 88 наименований.

Выводы

1. Разработанная технология позволяет получать материалы и изделия из них как простой, так и сложной формы, имеющие каркасное строение, стойкие против гидроабразивного износа и состоящие из кубической fi - модификации карбида кремния.

2. Технология отвечает следующим требованиям экономики: а) обладает высокой производительностью. Весь технологический процесс занимает 4 часа, а технология производства изделий из некристаллизационного поликристаллического карбида кремния - 35,5 часа J 35 / ; б) не требует применения дорогостоящих материалов и оборудования ; в) технические возможности любого горного предприятия позволяют широко ее использовать.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи - повышению межремонтного периода оборудования в технологических схемах обогащения, что позволило снизить эксплуатационные расходы на содержание оборудования.

На основании теоретических и экспериментальных исследований сделаны следующие выводы.

1. Лимитирующим звеном, имеющим наименьший межремонтный период (6 месяцев), в цепи оборудования комбинированной схемы обогащения фосфоритов являются гидроциклоны, из-за изнашивания их рабочих поверхностей при гидроабразивном воздействии пульпы.

2. Удельный износ футеровок гидроциклонов подчиняется степенной зависимости от энерпетических параметров воздействия твердой и жидкой составляющих пульпы.

3. Наиболее эффективно сопротивляется гидроабразивному изнашиванию композиционный материал на основе j6 - модификации карбида кремния, характеризующийся наибольшей концентрацией твердых частиц в единице объема и расстоянием между ними не превышающими наименьшего размера частиц минералов пульпы.

Длительность межремонтного периода лимитирующего звена оборудования в технологической линии обогащения фосфоритов - гидроциклонов повышена до I года, на основе применения футеровок из композиционного материала с содержанием 93^ J? - модификации карбида кремния и расстоянием между твердыми частицами не более 9 10~^мм, полученных по разработанному методу.

5. Использование футеровок, полученных на специально созданном участке Подмосковного производственного объединения "Фосфаты" по разработанному методу, позволило получить реальный годовой экономический эффект 143 тысячи рублей.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М. Политиздат. 1981г.

2. Ратобнльская Л.Д., Бойко Н.Н., Кожевников А.О. Обогащение фосфатных руд. М. : Недра, 1979.

3. Технологический регламент мокрого обогащения. ПГХЗ,1980.

4. Технологический регламент флотационной фабрики. ПГХЗ,1979.

5. Бетехтин А.Г. "Курс минералогии". Госгелиздат. М., 1961.

6. Циперович М.В. Оборудование углеобогатительных фабрик. Г.Н.Т.И. Свердловск, 1958.

7. Свирин В.Г., Соломенников Е.И., Юделев Д.М. Ремонтно-вспомогательное хозяйство обогатительных фабрик. М.: Недра, 1978.

8. Братченко Б.Ф. Оборудование для обогащения угдя. М. : Недра, 1979.

9. Смета на капитальный ремонт оборудования обогатительной фабрики.

10. Поваров А.И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М.: Недра, 1978.

11. Курумчин Х.А. Практика внедрения гидроциклонов в цветной металлургии. Центральный институт научно-технической информации, Алма-Ата, 1958.

12. Соколов В.И. Центрифугирование. М.: Химия, 1978.

13. Справочник по обогащению руд в 3-х томах. Гл.редактор Богданов О.С. т.1 Подготовительные процессы. Ответственный-108редактор Олевский В.А. М.: Недра, 1972.

14. Применение гидроциклонов на обогатительных фабриках. Сборник переводных статей под редакцией Поварова А.И. "Труды института Механобр", вып. 130, 1961, 186 с.

15. Дзимбо М. Классификация зернистых материалов гидравлическим способом. I960, т.24, № 9, с. 717724 (Перевод ВИНИТИ № 30485/2).

16. Шестов Р.Н. Гидроциклоны. Л. "Машиностроение", 1967,80 с.

17. Bed nar»gki S. Hjdrocjci-iionj Wprzerobce rudi miruraiowRudji Metaie Nizeianze" 1958, 1, Nrl, S 7 .

18. Br»udlj D. The Hjdrocjcione Pengamon Press , 1965, p. 331.

19. StauHer W.A, Vepschieigjs durch Santhaltigeg Wusser» in Hjdrauligcher Anlagen Schweiz,1. Ar»ck 1958, № 24.

20. Благонравов А.А., Матвиевский P.M. "Износостойкость". -M. "Наука", 1975.

21. Хрущов M.M., Бабичев М.А. Исследование изнашивания материалов. Из-во АН СССР, I960.

22. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М. "Наука", 1970.

23. Винкельман У. Основные предпосылки для расчета трения на энергетической основе. Теоретические и прикладные задачи трения, износа и смазки. М., 1982.

24. Таненбаум М.М. Износостойкость конструктивных материалов. М. "Машиноведение", 1966.

25. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.1. М. "Наука", 1974.

26. Инструкция по защите улит насосов корундом на эпоксид-но-фенольном связующем. Производственное объединение "Белорусь-калий", 1977.

27. Пенкин H.G. Износ деталей оборудования в абразивных средах и проблемы повышения их износостойкости гуммированием. Трение и износ. 1982, т.З, с. 459-466.

28. Обогащение руд № 2 (166), Механобр, Л., 1983.

29. Лоренц В.Ф. Износ деталей машин в абразивной среде. В сб. I Всесоюзной конференции по трению и износу в машинах", т.1. Из-во АН СССР.

30. Хрущов М.М. 0 соответствии гидроабразивной износостойкости и твердости термически обработанных сталей. Машиноведение № 6, 1969.

31. Лабутин А.Л., Шитов B.C. и др. Новые защитно-герметизирующие полиуретановые материалы, не содержащие растворителей. УДС. 678.664-762.027.74. ЛДНТП, 1978.

32. Францевич И.Н. и др. Сб. "Карбид кремния". Изд-во "Наукова думка". Киев, 1966.

33. Баженов М.Ф., Бойгман С.Г., Карначев Д.Г. "Твердые сплавы". М. Изд-во Металлургия. 1978.

34. Краткая химическая энциклопедия. М. 1963.

35. Варма А. Рост кристаллов и дислокация И. Л., 1958.

36. Silicon carbide cl High Temperature Semiconductor» Pergamon Press, London №4; I960.

37. Пичугин И.Г., Таиров Ю.М., Яськов Д.А. ПТЭ, 1963, 4.

38. Пичугин И.Г., Таиров Ю.М., Яськов Д.А. Заводская лаборатория, 1964, 10.-11039. Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения. Металлургиздат, М., 1963.

39. Самсонов Г.В. Силициды и их использование в технике. Изд-во АН УССР, К. 1958.

40. Acheson E.G.-,, О Frank Onst44 1983; 136; p. 194 203.

41. Таиров Ю.М., Яськов Д.А. Методы получения кристаллов карбида кремния. Сб. "Карбид кремния". Изд-во "Наукова Думка". К. 1966.

42. Bauman H.N. i Eiectrochem , Soc . 1952, 99,109.

43. Bechman Э.Е. i Electpochem , Soc. 1963, 101.

44. Chipman G.E. et ai-Acta metaiiupgied 1954, 439.

45. Hall RN-i Appl Phjs 1958 , 99,914.

46. Mc.MuilenDZ-i Electpochem, Soc. 1957, 104.

47. Lelj Т. А- Вер dent Kenum 1955 , 32,229.

48. Алферов В.А. Исследование условий получения зеленого и черного карбида кремния. Автореферат кандидатской диссертации. Л. 1952.

49. Францевич И.Н. Авт. свидетельство № 176070 от 26.02. 1964 г.

50. Французский патент № I3I370 29.06.1961.

51. Мирсон Г.А., Нильсон А.А. Чжоу Чимин. Изв. АН СССР. Металлургия и горное дело. 1964, I.

52. Фиалков А.С. Углеграфитовые материалы. М. Энергия,1979.

53. Листовцев A.M., Хвальнов A.M. Интенсификация процесса смешения сыпучих тел. Химическое машиностроение. 1959, № I,с. 22-26.

54. Плипер Ю.Л., Василевская Л.В. Оценка качества смешения дисперстных материалов. Нефтяное и химическое машиностроение. 1971, с. 44-47.

55. Рекламный проспект "Силицированный графит". Союз-электрод, 1971.

56. Вопросы ракетной техники. 1962, 5.

57. Францевич И.Н., Гнесин Г.Г., Семенов Ю.Н., Бородулин П.Я., Машицкий А.А. Исследование условий получения и эксплуатации поликристаллического карбида кремния. Сб. Карбид кремния, К. "Наукова думка", 1966.

58. Бабковский В.Н., Костанов В.И., Тарабанов А.С. Химия твердого топлива № 2, 1969.

59. Костарева Т.В. Роль агрегатного состояния кремния при образовании графит-карбидо-кремниевых композиций". Материалы семинара "Графиты и их применение в промышленности", 1974.

60. Рабин Н.И., Андрее В.В., Каоаточкин В.И., Саликов B.C. Способ изготовления изделий из карбида кремния. Авторское свидетельство на изобретение № 675036, бюллетень № 27 от 25.07.79 г.

61. Скрипченко Г.Б., Касаточкин В.И. Сб. "Структурная химия углерода и углей". М. "Наука", 1970, с. 67.

62. Моисеев П.С., Мусял С.А., Касаточкин В.И. Исследование взаимодействия природного угля с кремнием. Химия твердого топлива № 10, 1975.64. ГОСТ 2169-69.

63. Миклашевский А.И. и др. "Анализ тугоплавких соединений". Металлургиздат, 1962.

64. Фиалков А.С. Формирование структуры и свойств угле-графитовых материалов. М. Металлургия, 1965.-11267. Опусайтис Б.А. Образование и структура каменноугольного кокса. М. Изд-во АН СССР, I960.

65. Porod G Koiloid Z 124 , 2, 1951.

66. Мельниченко В.М., Юрковский И.М., Касаточкин В.И. Химия твердого топлива, № 3, 104, 1975.

67. Nowotnj Н. Partke Н, KieHer Rud

68. Monats h chem" 1954, Bd 85, S 255-267.

69. Брохин И.С., Функе В.Ф. "Твердые сплавы". М. Металлургия, 1969 (сб. ВНИИ Т.С. Вып. I).

70. Брохин И.С., Функе В.Ф. "Журнал неорганической химии", 1958, т.З, с. 843-853.

71. ГЬессин Г.Г., Курдгомов А.В. Роль агрегатного состояния в процессе силицирования и исследование кремниевой фазы в силицированных графитах. Сб. Карбид кремния. К. "Наукова думка", 1966.

72. Краткая химическая энциклопедия. Москва, 1963.

73. Рабин Н.И. Рентгеноструктурная характеристика фазового состава силицированных изделий в зависимости от температуры 1775/78 ВИНИТИ № 10, с. 54.

74. Рабин Н.И. Исследование кинетики реакции матриц из неграфитирующегося кокса, полученных методов химического формования с кремнием. 1782/78 ВИНИТИ № 10, 55 с.

75. Бабковский В.Н., Костанов В.И., Тарабанов А.С. Химия твердого топлива № 2, 1969.

76. Фиалков А.С. Технология и оборудование электроугольного производства. Госэнергоиздат, 1958.

77. WiggS P. Pregiction of Optimum Binder content of Carbon Mixing bg.80. ГОСТ 3552-63.

78. Saxana R.R. Bragg R.H. Carbon № 2, 210, 1974.

79. Рабин Н.И., Андрее В.В., Касаточкин В.И., Саликов B.C. Авторское свидетельство № 6750366 25/7 1979.

80. Рабин Н.И., Касаточкин В.И. Свойства материала Известия АН СССР. Серия. Неорганические материалы т. 14, № 8, 1978.

81. Рабин Н.И., Андрее В.В., Касаточкин В.И., Саликов B.C. Авторское свидетельство № 585142 25/2 1977.85. ГОСТ 1497-61.86. ГОСТ 9454-60.87. ГОСТ 10220-66.

82. Солод Г.И., Шахова К«И., Русихин В.И. Повышение долговечности горных машин. М., Машиностроение, 1979, 184 с.