автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Шаровая мельница с поперечно-продольным движением и рециклом загрузки

На правах рукописи

Соловьев Олег Рудольфович

ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА С ПОПЕРЕЧНО-ПРОДОЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ И РЕЦИКЛОМ ЗАГРУЗКИ

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород-2006

Работа выполнена на кафедре механического оборудования

предприятий промышленности строительных материалов

Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Ю.М. Фадин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

A.B. Туренко

доктор технических наук, доцент С.Ю. Лозовая

Ведущая организация: Московский институт коммунального

хозяйства и строительства (МИКХиС)

Защита диссертации состоится 27 декабря 2006г. в Ю00 на заседании диссертационного совета Д 212.014.04 при Белгородском государственном технологическом университете имени В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, главный корпус, ауд. 117).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова.

Автореферат диссертации разослан <¡.£4 » ноября 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических нау;

М.Ю. Ельцов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время в Российской Федерации происходит подъем строительной индустрии, что приводит к потребности постоянного увеличения объемов производства строительных материалов. К 2008 г. для обеспечения внутреннего рынка страны по планам правительства РФ годовой выпуск портландцемента необходимо увеличить до 70 — 80 млн. т в год.

На сегодняшний день машиностроительной промышленностью освоен выпуск машин и оборудования для тонкого измельчения материалов различного типа и назначения. В России и за рубежом проводится большая работа по совершенствованию существующих конструкций машин и созданию нового оборудования. Предлагаемые новые модификации мельниц позволяют обеспечить снижение себестоимости продукции при одновременном повышении ее качества, сократить эксплуатационные расходы, составляющие значительную часть общих расходов на переработку сырья.

Однако следует отметить, что как в РФ, так и в странах СНГ помол портландцементного клинкера осуществляют преимущественно в шаровых барабанных мельницах (ШБМ). Повышение эффективности работы этого агрегата является одной из задач, решение которых приведет к росту объемов выпуска и повышения качества продукции цементных предприятий.

Постоянно возрастающие потребности в строительных материалах, и особенно цемента заставляют производственников и исследователей искать новые энергосберегающие технологии помола, заниматься разработкой более эффективного оборудования.

Совершенствование конструкций шаровых барабанных мельниц, установление рациональных режимов их работы при одновременном снижении энергетических затрат и повышении качества производимых цементов требуют проведения дальнейших исследований в этом направлении.

Цель работы — обеспечение повышения тонкости помола цемента и снижение удельных энергозатрат в открытом цикле измельчения за счет усовершенствования внутримельничных устройств шаровой барабанной мельницы; разработка методик расчета кинематических конструктивных, технологических и энергетических параметров мельницы с поперечно-продольным движением и рециклом мелющих тел и измельчаемого материала.

Задачи исследований.

1. Разработать методику расчета конструктивно-технологических и кинематических параметров ШБМ с поперечно-продольным движением и внутренним рециклом загрузки (мелющих тел и измельчаемого материала).

2. Разработать математические модели движения мелющих тел в области влияния наклонной межкамерной перегородки и в элементах внутримельничного устройства с рециклом загрузки и методику расчета мощности шаровой барабанной мельницы в условиях поперечно-продольного движения и внутреннего рецикла загрузки.

3. Создать экспериментальную модель мельницы с внутримельничными устройствами и разработать методики исследований ШБМ с потоками рециркуляции в камере тонкого помола.

5. Исследовать влияние режимов работы внутримельничных устройств ШБМ на эффективность процесса измельчения.

6. Выявить рациональные конструктивные и технологические параметры ШБМ с поперечно-продольным движением и рециклом загрузки.

7. Внедрить в промышленных условиях патентно-чистую конструкцию шаровой барабанной мельницы с поперечно-продольным движением и внутримельничным рециклом загрузки.

Научная новизна заключается в разработке:

- математической методики расчета кинематики процесса движения мелющих тел с учетом конструктивных особенностей внутримельничных устройств и режима работы шаровой барабанной мельницы;

- методики расчета максимальных объемов перемещаемой загрузки в зоне активного влияния наклонной перегородки на мелющие тела;

- энергетического баланса работа мелющих тел с учетом их поперечно-продольного движения и рецикла загрузки, позволяющего рассчитывать потребляемую мощность привода шаровой барабанной мельницы;

- уравнений регрессии, учитывающих конструктивно-технологические особенности предложенной конструкции мельницы, позволяющих рассчитать рациональные параметры натурного образца шаровой барабанной мельницы предложенной конструкции;

- новой патентно-чистой конструкции шаровой барабанной мельницы с поперечно-продольным движением и рециклом загрузки.

Практическая значимость работы заключается в методике расчета основных конструктивно-технологических параметров процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице, оснащенной устройством для организации поперечно-продольного движения мелющих тел и рецикла измельчаемого материала и рекомендациях по выбору оптимальных технологических режимов ее работы в технологии производства портландцемента. По результатам работы разработана новая конструкция внутримельничного устройства с поперечно-продольными движениями мелющих тел внутримельничного рецикла измельчаемого материала, на которое получено положительное решение от 20.07.2006г. № 2006126388/22(028649).

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях, проводимых в БГТУ им. В.Г. Шухова: VII региональной научно-практической конференции «Молодые ученые - науке, образованию, производству» (2004г.), Международной научно-пракггической конференции «Современные технологии промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (2005г.). Диссертационная работа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Механическое оборудование предприятий промышленности строительных материалов» 18 октября 2006 года.

Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса измельчения в ШБМ, методики расчета рациональных конструктивных и режимных параметров, разработанный вариант устройств для осуществления поперечно-продольного движения и внутримельничного рецикла внедрены в промышленных условиях в ПРУП «Кричевцементошифер» (г. Кричев, Могилевская обл., Республика Беларусь), а также в учебном процессе Белгородского государственного технологического университета имен» В.Г. Шухова на кафедре «Механическое оборудование предприятий промышленности строительных материалов».

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, получено положительное решение о выдаче патента РФ на полезную модель № 2006126388/22(028649) от 20.07.2006 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Работа включает 182 страницы, в том числе 155 страниц машинописного текста, 6 таблиц, 46 рисунков, список литературы из 124 наименований и приложения на 2 страницах.

На защиту выносятся:

- методика расчета кинематики процесса движения мелющих тел с учетом конструктивных особенностей внутримельничных устройств и режима работы шаровой барабанной мельницы;

- методика расчета максимальных объемов перемещаемой загрузки в зоне активного влияния наклонной перегородки на мелющие тела;

- математические модели, учитывающие конструктивно-технологические особенности предложенной конструкции мельницы, позволяющие рассчитать рациональные параметры натурного образца шаровой барабанной мельницы предложенной конструкции;

- новая патентно-чистая конструкция шаровой барабанной мельницы с поперечно-продольным движением и рециклом загрузки.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, указана научная новизна, практическая ценность, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен анализ состояния и направлений развития техники и технологии измельчения в шаровых барабанных мельницах, который показывает, что к настоящему времени одним из перспективных направлений повышения эффективности эксплуатации шаровых барабанных мельниц является создание и внедрение в промышленную практику эффективных конструкций внутримельничных устройств позволяющих повысить КПД помольного агрегата.

Рассмотрены основные направления совершенствования ШБМ, из которых в качестве приоритетного выбрано направление повышения эффективности измельчения в ШБМ путем организации в полости помольного агрегата поперечно-продольного перемещения мелющих тел с одновременным рециклом загрузки, сопровождающегося классификацией измельчаемого материала.

Установлено, что существующие методики расчета динамических параметров и характеристик ШБМ носят эмпирический характер и не могут учитывать изменений, вносимых предлагаемой конструкцией внутримельничных устройств.

Предложена следующая конструкция ШБМ с поперечно-продольными движениями мелющих тел и внутримельничным рециклом загрузки (рис. 1).

мелющих тел внутримельничного рецикла измельчаемого материала

1 - полый футерованный барабан; 2 - загрузочная полая цапфа; 3 -разгрузочная полая цапфа; 4 - лопасти; 5 - усеченный конус; 6 - разгрузочная перфорированная решетка; 7 - наклонная межкамерная перегородка; 8 - камера фубого помола, 9 - камера тонкого помола; 10, 11 - мелющие тела; 12-труба рецикла; 13—лифтеры, 14-крестовина; 15 - отверстая; 16-торецтрубы рецикла

Шаровая барабанная мельница с внутренним рециклом содержит футерованный барабан I, загрузочное устройство, выполненное, например, в виде загрузочной полой цапфы 2, разгрузочное устройство, состоящее из разгрузочной полой цапфы 3, лопастей 4 и усеченного конуса 5, разгрузочной перфорированной решетки 6, установленной на выходе полого футерованного барабана 1 и жестко прикрепленную к нему.

Полый футерованный барабан 1 шаровой мельницы разделен наклонной межкамерной перегородкой 7 на камеру 8 грубого помола и камеру 9 тонкого помола. Каждая из камер 7 и 9 частично заполнена мелющими телами, соответственно 10 и 11.

Коаксиально полому футерованному барабану 1 между наклонной межкамерной перегородкой 7 и разгрузочной перфорированной решеткой 6 в камере тонкого помола 9 установлена труба рецикла 12, которая посредством лифтеров 13 и крестовин 14 жестко крепится к полому футерованному барабану 1.

В боковой поверхности каждого лифтера 13 со стороны его конца, жестко прикрепленного к поверхности полого футерованного барабана 1, имеются отверстия 15 для прохождения в полость лифтера 13 измельчаемого материала. Каждый лифтер 13 одним концом входит в полость трубы рецикла 12. '

Измельчение материала в мельнице осуществляется следующим образом. Измельчаемый клинкер для производства цемента, подается через загрузочную полую цапфу 2 в полый футерованный барабан 1 мельницы. При вращение полого футерованного барабана 1 материал под действием мелющих тел 10 и 11 измельчается, продвигаясь из камеры 8 грубого помола через отверстия в наклонной межкамерной перегородки 7 в направлении выходной перфорированной решетки 6.

В шаровой барабанной мельнице с наклонной межкамерной перегородкой мелющие тела совершают Своё движение не только в поперечном сечение барабана мельницы, но и возвратно-поступательное вдоль продольной оси барабана 1 мельницы.

В процессе вращения полого футерованного барабана 1 мельницы при повороте наклонной межкамерной перегородки 7 на 180° мелющие тела 10 вместе с измельчаемым материалом находящиеся под наклонной межкамерной перегородкой 7 зачерпываются ею; скользя вдоль поверхности наклонной межкамерной перегородки 7 измельчаемый материал классифицируется крупные частицы перемещаются вдоль оси барабана в сторону полой загрузочной цапфы 2, а мелкие частицы прошедшие сквозь щели в наклонной межкамерной перегородке 7 принудительно направляется в камеру 9 тонкого помола. Вследствие поперечно-продольного движения мелющих тел 10 и 11, находящихся в обеих камерах 8 и 9 мельницы материал измельчается с большей интенсивностью.

Далее измельчаемый материал через отверстия 15 в лифтерах 13 поступает в трубу рецикла 12, где под действием аспирационного воздуха осуществляется его сепарация. Частицы измельчаемого материала, имеющие размер, удовлетворяющий требованиям к готовому продукту выносятся из трубы 12 рецикла и через щели в разгрузочной перфорированной решетке б попадают под воздействие лопастных лифтеров 4 направляются ими на усеченный конус 5 и выводятся в разгрузочную полую цапфу 3.

Крупные частицы измельчаемого материала перемещаются шнековым устройством, расположенным внутри трубы рецикла 12 в сторону наклонной межкамерной перегородки 7 и через е£ торец 16 высыпаются на мелющие тела 11, под воздействием которых осуществляется их домол.

Таким образом, использование наклонной межкамерной перегородки в сочетании с трубой рецикла позволяет увеличить продольную скорость, осуществлять внутримельничную классификацию и рецикл измельчаемого материала.

На основании вышеизложенного, обозначены цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе рассмотрено теоретическое описание совместного влияния наклонной перегородки и классифицирующего устройства на характер движения мелющих тел.

На мелющее тело, находящееся одновременно в контакте с наклонной плоскостью и внутренней поверхностью барабана действуют силы, согласно расчетной схемы приведенной на рисунке 2:

сила реакции наклонной плоскости, которая перпендикулярна этой плоскости (Н);

Я2- сила реакции барабана, направленная по радиусу барабана к началу координат (Н);

действующих на мелющие тела

Уравнение равновесия сил для мелющего тела, находящегося одновременно в контакте с внутренней поверхностью барабана и наклонной перегородкой в точке А примет вид:

R,+R2+mg + Fc=0 (1)

Учитывая, что выражение для центральной силы можно записать как:

(2)

где: от - масса мелющего тела (кг);

g - ускорение свободного падения (м/с2); у — относительная частота вращения барабана; и определив, проекция векторного уравнения (1) на вектор R, и вектор R2 получены следующие выражения:

_ cos <р - cos(a + ф)

_ ( , cos2 0 cos (р cosfa + <р)~ cos а ^

/-cos^cosW^) J- (4)

Совместное рассмотрение выражений (3) и (4) позволяет по заданным величинам а, в, <р (а — угол отрыва мелющего тела, в - угол который образовывает наклонная перегородка с осью барабана шаровой мельницы — ось "OY", <р - угол поворота барабана шаровой мельницы) рассчитать величины сил реакции барабана мельницы R2 и наклонной перегородки R,.

При вращении барабана шаровой мельницы непрерывно изменятся угол <р, и следовательно величины R, и R2, при этом полученные выражения (2) и (3) описывают взаимодействие мелющего тела одновременно с внутренней поверхностью барабана и наклонной перегородкой до тех пор пока мелющее тело движется вместе с барабаном, находясь при этом на наклонной перегородке. При этом момент отрыва мелющего тела от внутренней поверхности барабана характеризуется обращением в нуль величины силы реакции барабана R2, а момент отрыва мелющего тела. от наклонной перегородки характеризуется обращением в нуль величины силы реакции наклонной перегородки R,.

Если положить равной нулю величину силы реакции R2, тогда величина угла отрыва мелющего тела от внутренней поверхности барабана:

а - arccos(y/2) (5)

Характеристика движения мелющих тел будет более полной, если ввести угол S, определяющей положение мелющих тел в момент отрыва

от барабана по отношению к наклонной перегороди. Ясно, что угол 3 будет является функцией:

5 = 5(сс,в,<р), (б)

и определяется соотношением вида:

8 = аг^(вт вtg(a + (р)). (7)

Хотя решение уравнения (7) можно найти только численными методами для каждого конкретного значения в, а, <р, представление о характере поведения искомого угла 3 можно получить исходя из трехмерного графика зависимости (7), приведенного на рисунке 3.

соотношением (7)

Из приведенного графика, в частности следует, что искомое значение угла 3 существует не для всех значений углов а и (р.

Установлено, что возмущения, вносимые плоскостью наклонной перегородки одинаково распространяются как слева, так и справа от перегородки. При этом существует область, в которой влияние наклонной перегородки обеспечивает мелющим телам параметры движения, которые оказываются существенно больше, чем при движении мелющих тел в отсутствии перегородки. Эту область принято называть зоной активного влияния наклонной перегородки. Значение этой зоны имеет важное практическое значение при определении длин камер, угла наклона перегородки, расчете продольных сил и потребляемой мощности.

При расчете величины зоны активного влияния наклонной перегородки предположим, что объем V, заключенный между вертикальной плоскостью и нижней частью наклонной перегородки перемещается вверх и занимает объем У2, считаем, что эти объемы равны (рисунок 4 а). Согласно рисунку 4а максимальный радиус зоны влияния Ятах можно определить, вычислив объемы V, и У2.

а) 1-

V

А»

____Я'пах

Рисунок 4. Расчетная схема к вычислению: а) максимального и б) минимального радиуса зоны влияния наклонной перегородки.

внутренней

(8)

Объем вытесняемой загрузки ограниченный поверхностью барабана (в безразмерных переменных):

V, = -И3^всоа<р(2— - г/1 3 Л

Объем загрузки, вытесняемой плоскостью наклонной перегородки (в безразмерных переменных):

(9)

На основе допущения (Иу=К2), приравняв соотношения (8) и (9) получим:

С учетом параметров А/Л <7 и Л,/Л < 1 выражение (10) можно разложить в ряд, в итоге получим:

(12)

- (13)

ЗЛ 3 3 ^в^е З^е V. з

Относительный максимальный радиус зоны влияния наклонной перегородки гтах

(14)

В у}В2 -4АС . . ,

г -—-+ (1-Ь,)с1ё£ (15)

2 А 2 А

Для вычисления объемов загрузки У3 и У4 (рисунок 4 б) запишем уравнение плоскостей ограничивающих данный объем в безразмерных переменных. Интегрирование уравнения приводит к следующему результату.

Вычисление объема загрузки Уу.

V ^Я'съву^-ьу^ (16)

Вычисление объема загрузки У4: К = ^{—-[(-1 + + + агсяп(-/ + ул)~

-агсяп^/Л,))] Лш8в - --ШцО - -

3 КПЗ

На основе допущения (Уз-У*), приравняв соотношения (16) и (17) с учетом (11) получим:

4^2 3

Относительный минимальный радиус зоны влияния наклонной перегородки гтШ

(19)

Я

В ^В2 -4АС . .

(20)

2 А 2А

Зависимость максимального и минимального радиуса действия наклонной перегородки в зависимости от изменения угла динамического откоса представлена на рисунке 5.

5.5

3.5

-............../

0,28 0,3 0,32 0,34

Рисунок 5. Графики зависимостей г^ и гтЫ при изменении угла динамического откоса в радианах. Кривая 1 соответствует гтах, а кривая 2 - гтт В результате прохождения внутри мельничного классифицирующего устройства через загрузку камеры помола его полость в момент соприкосновения с загрузкой начинает наполняться. Процесс заполнения заканчивается по выходу загрузочной трубы из контакта с мелющими телами и материалов в камере мельницы. Во время всего времени заполнения трубы внутри мельничного классифицирующего устройства (ВКУ) сила инерции препятствует продвижению загрузки в полость загрузочной трубы ВКУ, поэтому мелющие тела и материал будет компактно размещен по всей полости, занимая при этом весь доступный объем.

На основании сказанного естественно сделать следующие предположения:

1. Загрузка в ВКУ заполняет объем полости загрузочной трубы, ограниченной ею внутренней поверхностью, боковой поверхностью и поверхностью загрузочного отверстия.

2. Процесс движения в полости загрузочной трубы будем рассматривать как движения центра тяжести единой массы.

Для описания движения центра массы по поверхности загрузочной трубы введем подвижную систему координат с центром, совпадающим с центром массы загрузки в ВКУ. За положительное направление оси X выберем направление движения объема загрузки по трубе от периферии к центру барабана, мельницы. Положительное направление оси ОУ совпадает с направлением силы нормального давления N рисунок 6.

На основании второго закона Ньютона имеем:

та = т§ + Ы + Р1р+Рч+Рк (21)

где а — ускорение центра массы (м/с2); g — ускорение свободного падения (м/с2); N - сила нормального давления (Н); Ртр - сила трения (Н); Гч -центробежная сила (Н); Р* — сила Кориолиса (Н).

Проекция векторного уравнения движения (21) на координатные оси приводит к скалярной системе уравнений, а учитывая, что:

с£с

Р -Р ч=тго)г,Р к = 2—та> , (22)

примет следующий вид:

те! х

— - mg бш (р - цЫ - тгсо

тс!2у „ „ ¿х

-г- = -те собй? + N + 2-ты

Л

где ц - коэффициент трения, изменяется в пределах от 0,3-Ю,5; г -расстояние от оси вращения до положения центра массы загрузки (Н); со — частота вращения мельницы ( с"').

Решение системы уравнений (23) позволяет определить значение угла поворота <ра барабана шаровой мельницы, при котором приходит в движение центр масс загрузки в трубе ВКУ. Угол <ро, определяющий относительное движение центра массы загрузки в ВКУ зависит от коэффициента трения /л, относительной частоты вращения барабана шаровой мельницы ц/, и отношения длины загрузочного отверстия к радиусу барабана.

(р 0= ^.+ агсз1п

VI'-Л

(24)

где угол (р. определяется следующей формулой: (р .= аг^(л (25)

Относительное движение загрузки внутри полости загрузочной трубы ВКУ при <р 2 <ра будет описываться уравнением:

<1ср

-р[5Ь<р- мс°5,р]Ы (26)

где Я - радиус барабана мельницы (м); 1а - длина поверхности загрузочного отверстия (м).

Окончательно решение уравнения (26) выглядит так: схрГ(//+77+17) (?>-«,)! г / , \ -

Ф*/1' + Ф + Мг + [4, + С1 -««

схр\(р~ф + М! )(?>-«,) Г Г I \ , ,__ I , _ ,_

Ф + ^ I п-; , \ 1 -{1-и')*т<р + 2рсозр ( ( Л

Полученное соотношение (27), описывает движение центра массы загрузки по внутренней поверхности загрузочной трубы ВКУ, начиная от угла поворота барабана шаровой мельницы <р0, который определяется соотношением (24) и соответствует моменту времени начала движения загрузки. Если в (27) пренебречь величинами второго и более высокого порядка малости относительно параметра ¡л, то соотношение (27) приближенно можно записать как:

~ 4

21 +

2К) у/ у/

+ ' (28)

2рсо&ф-$т<р /, ---ь / —

*о

2у/3 2Я

Далее были проведены теоретические исследования, связанные с дополнительным потреблением мощности при работе трубной мельницы, оборудованной энергообменным и классифицирующим устройствами.

Расчет дополнительных затрат мощности производился в два этапа. На первом этапе был произведен расчет дополнительных затрат мощности, обусловленных установкой в трубную мельницу энергообменных устройств в виде наклонной перегородки. При этом, как было показано выше, влияние наклонной перегородки на движение загрузки ограниченно радиусом зоны активного влияния, поэтому при расчетах необходимо ограничиться именно этой зоной.

Мощность Р„„, затрачиваемая на перемещение загрузки наклонной плоскостью, складывается из мощности Рнеобходимой на вертикальное перемещение центра массы загрузки и мощности Рпр, затрачиваемой на преодоление сил трения при продольном движении.

Рнп = Р/. + Рпр, (29)

Мощность, необходимая на вертикальное перемещение центра массы загрузки

(<-ШГНГ№)Н)-'Н»И) ^

+

(30) }

Для мельницы с параметрами: е =20°; ©=55°; 1=5 м; Я=2 м; /¡=1,3 м, р =6384 кг/м3; Дг =1,7 с величина мощности, затрачиваемая на вертикальный подъем согласно (30): Р1в= 87,12 кВт

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения при продольном движении

Р1Р&Уггтм/,Ле (31)

Подстановка в (31) соотношений (8) и (15) приводит к следующему выражению:

2 ,,

2--1

В у!В2 —4АС ,, . л ,

--+-+ (]-А,)с1р£

2А 2А У " Ь

(32)

Для мельницы с параметрами: £=20°; ©=55°; 7=5 м; /<"=2 м; А=1,3 м, р =6384 кг/м3; Лг = 1,7 с соотношение (32) принимает значение: Р„/,г=361,597кВт

Изменение мощности потребляемой приводом трубной мельницы с внутримельничным классифицирующим устройством

Д Р=Р,+Р2+Р3+Р4-Р} (33)

Р1 - мощность, связанная с увеличением массы подвижной части мельницы;

Р2 — мощность, затрачиваемая на перемещение загрузки в полости трубошнека;

Р3 - мощность, затрачиваемая на перемещение загрузки вдоль загрузочных лифтеров;

Р4 — мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления загрузки при прохождении сквозь нее загрузочных лифтеров;

Р5 — уменьшение мощности благодаря уменьшению момента сопротивления загрузки вращению барабана.

Сумма первых четырех слагаемых не превышает 1% от мощности двигателя. Изменение мощности за счет смещения центра тяжести загрузки в трубной мельнице, оснащенной внутримельничным классифицирующим устройством:

Р5=2АУ„Р4^Ч>\ИП^БШ©, -зт'&атв, (34)

[_ 2 2 У„Рп 2 ]

Если принять: р =5600 кг/м3; 1Р=14; Рп=Ъ,05 м; ¿=7,5 м; £20=143°, Втр =35,96°; £тя=3,5м; £"2^=143°, 0И/,=35,96°, О, =138,7°, 0,=35,4°;

А=2,31, то Л а 58,4 кВт.

Таким образом, дополнительно потребляемая мощность привода шаровой мельницы, в связи с установкой в ней внутримельничных энергообменных устройств, перемещение мелющих тел в 4,15 раз больше, чем на вертикальное.

Например, для мельницы 04х 13,5м при коэффициенте загрузки ^=0,3, угле установки наклонной межкамерной перегородки 55° диаметре трубы рецикла равном 1 м, угле наклона винта трубошнека 35°, дополнительно потребляемая мощность привода мельницы на вертикальное перемещение наклонной межкамерной перегородки

составляет 87 кВт, на продольное 361 кВт, т.е., в 4,15 раз больше, а при движении в трубе рецикла высвобождается 58,4 кВт. То есть суммарно дополнительно потребляется 389,6 кВт. Это очевидно, т.к. при разрушении застойных зон в центральной части загрузки дополнительно расходуется энергия.

В случае, если шаровая барабанная мельница работает в облегченном режиме, т. е. мелющие тела перемещаются исключительно в поперечном сечении барабана мельницы, то мельница 04x13,5м при <<3=0,3 потребляет 3170 кВт, следовательно, при установке в ней НМП и трубы рецикла она потребляет 3560 кВт.

Так, как на мельнице 04x13,5м установлен электродвигатель мощностью 3200кВт, то при потребляемой нагрузке 3560 кВт, т.е. на 360 кВт (11,2%) большей могут возникнуть проблемы с эксплуатационной надежностью электродвигателя.

Поэтому при реконструкции шаровой барабанной мельницы, предусматривающей установку в ней внутримельничных энергообменных устройств и трубы рецикла, необходимо использовать электродвигатель с большей на 10-15% установочной мощностью. При этом производительность мельницы возрастает до 70%.

Поскольку замена электродвигателя это дорогое мероприятие, поэтому целесообразно снизить коэффициент загрузки барабана мельницы. Коэффициент загрузки может быть снижен до р<0,3, т.е. вместо 210 т мелющих тел используется 165 т. В таком случае потребляемая мощность привода мельницы 04x13,5м, в рассмотренном примере снизится до 2738 кВт.

Разработанная методика расчета потребляемой мощности предлагаемой конструкции мельницы подтверждается результатами экспериментов.

В третьей главе определена методика проведения экспериментальных исследований по получению порошков цемента в шаровой мельнице с поперечно-продольным движением и рециклом загрузки, и изучены гранулометрический состав и физико-механические характеристики измельчаемого материала.

Выбран и обоснован план проведения многофакторного „эксперимента, определены функции отклика: производительность мельницы мощность, затрачиваемая на помол клинкера Р; удельная поверхность, получаемого цемента 5; удельный расход энергии расходуемый на измельчение материала д. В качестве исследуемых факторов при проведении экспериментов приняты: коэффициент загрузки мелющих тел (р! (х,), доли ед.-, коэффициент загрузки материала <р2 (х4), доли ед. от фй скорость аспирационного воздуха о (хт), м/с\ частота вращения барабана мельницы у/(х3), доли ед. от пкр.

На рисунке 7 представлена схема лабораторной шаровой мельницы с поперечно-продольным движением и рециклом загрузки.

Рисунок 7. Общий вид экспериментальной шаровой мельницы 0 0,3*i,$м: 1 - загрузочный бункер; 2 - загрузочная крышка; 3 -барабан; 4 - разгрузочная решетка;

5—разгрузочная крышка; 6—подшипник; 7 — аспирацнонная коробка; 8 — наклонная межкамерная перегородка; 9 - труба рецикла; 10 - электродвигатель; 11 - клиноременная передача; 12 - червячный редуктор; 13 - муфта Описана конструкция шаровой мельницы, разработанной для проведения экспериментальных исследований. Приведены характеристики использованного в ходе экспериментов оборудования и средств контроля измерений.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, разработана математическая модель, в виде уравнений регрессии процесса измельчения клинкера в шаровой мельнице с поперечно-продольным движением и рециклом загрузки, которая позволяет установить рациональный режим процесса измельчения в шаровой мельнице.

В результате обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии (в кодированной форме) для расчета потребляемой мощности привода, которое позволяет установить рациональный энергетический режим работы шаровой мельницы с поперечно-продольным движением загрузки в условиях рецикла измельчаемого материала: Р = 2,54 + 0,07хj —0,03х2 + 0,04х} + 0,02xt + 0,035х,х2 +

+0,031х,х3 +0,028х,х4-0,018х2Х3 + 0,021Х2Х4 - (35)

-0,009х3х4-0,14х] -0,07х\ + 0.09х3 + 0,05х4 Уравнение регрессии для выявления влияние режима работы мельницы на ее производительность в кодированной форме имеет вид: Q = 19,34 + 4,71х, + 3,38х2 -0,37х3 -0,23х4 + 0,74 х] +

+ 0,48x1 + 0,54х* + 0,53х4 - 0,71х,х2 + 0,85х,х3 - (3 6)

~1,20x,x4 —0,52x2x3 —0,39х2х4 -0,98х3х4 Наряду с потребляемой мощностью, характеризующую наиболее важную энергетическую составляющую процесса измельчения, производительностью, величина которой характеризует экономические

показатели работы помольного агрегата, очень важным показателем является качество готового продукта. В нашем случае в соответствии с существующими ГОСТами качество цемента оценивается в том числе величиной удельной поверхности. Уравнение регрессии, по которому определяется удельная поверхность готового цемента в зависимости от режима процесса измельчения, имеет вид:

5 = 395,5 + 4,2х,-3, Зх2-18,4х} + 4,2х4 + 9,7 х,х2-17,4 х,х3 -

-18,2х,х4-9,8х2х} + 19,6х3х4 -8,6х] + 13,5х22 + 11,2х]-4,8x1 ^^ Удельный расход энергии расходуемый на измельчение материала является одним из важнейших показателей характеризующих не только технологические особенности процесса измельчения, но и конструктивные особенности помольного агрегата в целом. Уравнение д(х1;х2;х3;х4), в кодированной форме имеют вид:

72+0,22х,+0,18х2+1,13хг2,15х4+0,43x^2+0,96х1х3+0,54х,хг

-0,83х2Х3-1, 73х2Х4-0, 71 х3х<-2,2х12-0,98х22+2,72х32+3,46х42 (38) На основании уравнений регрессии (35Н38), используя в качестве критерия оптимальности функцию (39) нами произведена оптимизация уровней факторов (р1, (р2, у/, и при минимизации Р.ц и условиях максимума 51 и

Р(<р1,<рьу. и)=а,(8-5а)2+а2Р/д+а3(у/-\{/а)2+а/((р1,<Р2.Ч'. и) (39) Для этих условий получены конкретные величины уровней факторов. Например, для цемента с 3=450 м2/кг оптимальным является следующий режим работы мельницы: <р]=0,3; <р2=0,11<р1\ у=0,77пкр\ и=0,87 м/с. В этом случае Р=2,05 кВг, 2=0,27 кг/мин; д=7,5 кВт мин/кг; Ят=0,1 %.

В пятой главе приведены промышленные и расчетные показатели работы шаровых барабанных мельниц, оснащенных различными типами внутримельничных устройств. Дана их сравнительная оценка. Проанализированы возможные варианты использования результатов работы в различных отраслях народного хозяйства. Показана возможность создания принципиально новой конструкции шаровой барабанной мельницы. Представлены результаты промышленного внедрения разработанного варианта внутримельничного устройства на цементной мельнице 03x14м.

Разработанное оборудование для обеспечения внутреннего рецикла в шаровой барабанной мельнице было изготовлено и испытано в производственных условиях ПРУП «Кричевцеменгошифер» (Республика Беларусь).

Предложенное устройство позволяет снизить удельный расход электроэнергии до 30 - 31 кВт ч/т готового продукта и обеспечить стабильное получение цемента марки М — 500 по открытому способу.

Расчетные значения годовой экономии при планируемом одновременном улучшении качества цемента: электроэнергии - 80000 кВт; мелющих тел - 55 - 60 т; рост выработки цемента - 60000 т в год.

Основные результаты и выводы

1. Проведенный анализ состояния и направлений развития шаровых барабанных мельниц и технологии измельчения в них позволил выявить, что к настоящему одним из перспективных направлений повышения эффективности эксплуатации шаровых барабанных мельниц является создание и внедрение в промышленную практику эффективных конструкций внутримельничных устройств позволяющих повысить КПД помольного агрегата.

2. Получены аналитические выражения для описания траектории движения мелющих тел в мельницах с поперечно - продольным движением загрузки, учитывающие исходное положение любого из мелющих тел и действие всех сил, определяющих интенсивность и характер движения шаров.

3. Определены объемы загрузки перемещаемой наклонной перегородкой в каждой из камер мельницы. Установлены параметры зон активного влияния НМП на загрузку. Вычислены их максимальные и минимальные радиусы с учетом конструктивных параметров мельницы и режима ее работы.

4. Аналитически описано движение загрузки внутри трубы рецикла с учетом всех основных факторов, влияющих на режим работы мелющих тел. Получены выражения для определения дополнительно потребляемой мощности, расходуемой на продольное движение мелющих тел и их движение в трубе рецикла с учетом диаметров трубошнека и лифтеров, угла наклона винтовой линии трубошнека и частоты вращения барабана мельницы.

5. На основании реализации плана многофакторного эксперимента получены уравнения регрессии (Р; Б)=/((р1; <р2; у; и). Выявлено влияние исследуемых факторов на формирование функций отклика. Дана оценка влияния, как отдельных факторов, так и эффектов взаимодействия, на уровни параметров оптимизации.

6. Проведена оптимизация уровней факторов <р/,- <р2; у/; и при минимизации Р, д в условиях максимума Я и £?• Для этих условий получены конкретные величины уровней факторов. Так, для цемента с 3=450 м2/кг оптимальным является следующий режим работы мельницы: (¡>¡=0,3; ц>2=0,11<р1\ у/=0,77пкр; и=0,87 м/с. В этом случае Р-2,05 кВт; д=0,27 кг/мин; ц=7,5 кВт мин/кг; Коох=0,1 %.

7. Анализ дисперсных характеристик проб цемента полученного в шаровых барабанных мельницах с поперечно-продольным движением мелющих тел и рециклом измельчаемого материала показал, что возможно получение цемента с удельной поверхностью до 800 м2/кг и регулирование тонкости помола в широких пределах.

8. Разработана принципиально новая конструкция шаровой барабанной

мельницы с внутренним рециклом, позволяющая повысить эффективность процесса измельчения. Конструкция защищена положительным решением о выдаче патента РФ на полезную модель № 2006126388/22(028649) от 20.07.2006 г.

9. Промышленное внедрение результатов работы на ПРУП «Кричевцементошифер» (Республика Беларусь) на цементной мельнице 03x14м, подтвердило эффективность применения разработанной конструкции. Расчетные значения годовой экономии при планируемом одновременном улучшении качества цемента: электроэнергии - 80000 кВт; мелющих тел - 55 - 60 т; рост выработки цемента — 60000 т в год.

Библиографический список

1 Соловьев O.P. Шаровая трубная мельница с внутримельничным рециркуляционным устройством / O.P. Соловьев, B.C. Богданов С.С. Латышев // Технологические комплексы, оборудование предприятий строительных материалов и стройиндустрии: Сб. докл. Межвузовской Интернет конференции. — Белгород: БГТУ им В.Г. Шухова, 2003.- С.22 - 24.

2 Соловьев O.P. Условия эксплуатации мельниц, работающих по замкнутому циклу с сепараторами / O.P. Соловьев, B.C. Богданов, В.Г. Дмитриенко // Технологические комплексы, оборудование предприятий строительных материалов и стройиндустрии: Сб. докл. Межвузовской Интернет конференции. - Белгород: БГТУ им

B.Г. Шухова, 2003.- С.20-21.

3 Соловьев O.P. Шаровая трубная мельница с внутримельничным классифицирующим устройством / O.P. Соловьев, Д.В. Богданов,

C.С. Латышев // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей - Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова,

2004.-С. 36-39.

4 Соловьев O.P. Расчет пропускной способности внутримельничного классифицирующего устройства трубной шаровой мельницы / O.P. Соловьев, В.П. Воронов, Ю.М. Фадин, С.С. Латышев, Д.В. Богданов // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей.- Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова,

2005,-С. 43-46.

5 Соловьев O.P. Мощность, затрачиваемая на движение мелющих тел в загрузочном устройстве внутримельничного классифицирующего устройства ТШМ / O.P. Соловьев, В.П. Воронов, Ю.М. Фадин, С.С. Латышев, Д.В. Богданов //

Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей.- Белгород: БГТУ им. В.Г.Шухова, 2005.- С. 4649.

6 Соловьев O.P. К расчету времени пребывания измельчаемого материала в трубной шаровой мельнице оборудованной внутримельничным классифицирующим устройством / O.P. Соловьев, В.П. Воронов, С.С. Латышев, Д.В. Богданов // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей.- Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005.- С. 4952.

7 Соловьев O.P. Повышение эффективности работы шаровых барабанных мельниц / O.P. Соловьев, B.C. Богданов, Ю.М. Фадин, С.С. Латышев, Д.В. Богданов // Строительные и дорожные машины. - 2006. - № 11. - С. 20 23.

8 Решение о выдаче патента на полезную модель № 2006126388/22(028649) от 20.07.2006 г. Шаровая барабанная мельница с внутренним рециклом. / B.C. Богданов, Ю.М. Фадин, O.P. Соловьев и др.; БГТУ им В.Г. Шухова

Подписано в печать Формат 60x84/16

Усл. печ. л. 1,4. /РУ/.0' Тираж 100 Заказ № 306

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете имени В.Г. Шухова 308012, г. Белгород ул. Костюкова, 46

ВВЕДЕ11ИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ШАРОВЫХ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦАХ.

1.1. Анализ конструкций мельниц и направлений их совершенствования.

1.2. Конструктивные особенности впутримелышчных устройств.

1.3. Технологические особенности измельчения в шаровых барабанных мельницах.

1.4. Теоретические основы расчета технологических, конструктивных и энергетических параметров шаровых барабанных мельниц.

1.5. Предлагаемое конструктивно-технологическое решение.

1.6. Цель и задачи исследований.

1.7. Выводы.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ С ЭНЕРГООБМЕННЫМИ И КЛАССИФИЦИРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.

2.1. Математическое онисапие движения мелющих тел в области влияния наклонной перегородки.

2.2. Вычисление максимальных объемов перемещаемой загрузки в зоне активного влияния наклонной перегородки на мелющие тела.

2.3 Вычисление максимального радиуса зоны активного влияния наклонной перегородки.

2.4. Вычисление минимального радиуса зоны активного влияния наклонной перегородки.

2.5. Математическое описание движения загрузки внутри мельничного классифицирующего устройства.

2.6. Затраты мощности шаровых мельниц, связанные с работой энергообменного и классифицирующих устройств.

2.7. Выводы.

ГЛАВА 3. ПЛАН, ПРОГРАММА И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. План и программа экспериментальных исследований.

3.2. Описание экспериментальной установки.

3.3 Методики проведения экспериментальных исследований и измерений

3.4. Характеристика исходного сырья.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Анализ результатов поисковых экспериментов.

4.2. Анализ результатов миогофакторпого эксперимента.

4.2.1. Влияние режима работы мельницы на потребляемую мощность привода.

4.2.2. Проверка адекватности теоретических и экспериментальных данных.

4.2.3. Влияние режима работы мельницы на ее производительность.

4.2.4. Влияние режима процесса измельчения па качество готового продукта.

4.2.5. Зависимость удельного расхода энергии от режима процесса измельчения.

4.2.6. Оптимизация уровней факторов в мельницах с поперечно-продольным движением загрузки.

4.2.7. Анализ дисперсных характеристик цемента.

4.3 Выводы.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

5.1. Конструкция промышленного образца мельницы.

5.2. Перспектива использования результатов работы.

5.3. Промышленное внедрение результатов работы.

5.4 Выводы.

В настоящее время в Российской Федерации происходит подъем строительной индустрии, что приводит к потребности постоянного увеличения объемов производства строительных материалов. Тем не менее, па сегодняшний день строительный комплекс ощущает недостаток более 12 млн. т цемента в год.

К 2008 г. для обеспечения внутреннего рынка страны по планам правительства РФ годовой выпуск портландцемента необходимо увеличить до 70 - 80 млн. т в год.

С учетом нынешнего состояния цементной промышленности - это достаточно сложная задача, т.к. изиос основных фондов по оценке отраслевых экспертов составляет более 70 %. За период с 1992 г по настоящее время в цементной промышленности введено лишь две технологические линии общей мощностью около 1 млн. т. [55].

Серьезной проблемой, усугубляющей ситуацию в отрасли, является сезонный характер работ, что зачастую приводит к аварийным ситуациям из-за повышенного износа оборудования. Рентабельность цементного производства по данным Госстроя РФ составляет около 10%. Этих средств недостаточно для внедрения современного технологического оборудования [55].

Проблема отрасли усугубляется тем то, что за годы проведения реформ в России прекратили работу практически все отраслевые научно-исследовательские, технологические и проектные институты, почти утрачено отраслевое машиностроение.

Эксперты сходятся во мнении, что кроме необходимости крупных инвестиций в отрасль, частичное улучшение ситуации возможно за счет модернизации существующего парка машин, повышения эффективности его использования с использованием научно обоснованных и эффективных мероприятий.

Одним из основных технологических переделов, формирующих строительно-технологические свойства цемента, является iiomoji. Известно, что помол является весьма энергоемкой технологической операцией. Так, в цементной промышленности общие затраты энергии па производство 1 т цемента составляют в среднем 110-130 кВт-ч, в том числе па помол сырья и клинкера 45-55 кВг-ч, т. е. примерно 50 %. Вместе с тем, высокая прочность измельчаемых материалов приводит к ускоренному износу мелющих тел и других рабочих органов, что отражается па металлоемкости измельчительпых процессов и в целом па их стоимости. Однако, задавая удельную поверхность, зерновой состав, вводя различные добавки, можно в процессе помола в широких пределах регулировать свойства цемента.

На сегодняшний день машиностроительной промышленностью освоен выпуск машин и оборудования для тонкого измельчения материалов различного типа и назначения. В России и за рубежом проводится большая работа по совершенствованию существующих конструкций машин и созданию нового оборудования. Предлагаемые новые модификации мельниц позволяют обеспечить снижение себестоимости продукции при одновременном повышении ее качества, сократить эксплуатационные расходы, составляющие значительную часть общих расходов на переработку сырья.

Однако следует отмстить, что как в РФ, так и в странах СНГ помол портлапдцемептного клинкера осуществляют преимущественно в шаровых барабанных мельницах (ШБМ). Повышение эффективности работы этого агрегата является одной из задач, решение которой приведет к росту объемов выпуска и повышению качества продукции цементных предприятий.

Постоянно возрастающие потребности в строительных материалах, и особенно цемента заставляют производственников и исследователей искать новые энергосберегающие технологии помола, заниматься разработкой более эффективного оборудования [17, 19,23, 52, 67, 68, 110, 122, 123].

Совершенствование конструкций шаровых барабанных мельниц, установление рациональных режимов их работы при одновременном снижении энергетических затрат и повышении качества производимых цементов требуют проведения дальнейших исследований в этом направлении

Цслыо настоящих исследований является обеспечение повышения тонкости помола цемента и снижение удельных энергозатрат в открытом цикле измельчения за счет усовершенствования впутримельпичпых устройств шаровой барабанной мельницы; разработка методик расчета кинематических конструктивных, технологических и энергетических параметров мельницы с поперечно-продольным движением и рециклом мелющих тел и измельчаемого материала.

Задачи исследований.

1. Разработать методику расчета конструктивно-технологических и кинематических параметров 11ШМ с поперечно-продольным движением и внутренним рециклом загрузки (мелющих тел и измельчаемого материала).

2. Разработать математические модели движения мелющих тел в области влияния наклонной межкамерпой перегородки и в элементах виутримелышчпого устройства с рециклом загрузки и методику расчета мощности шаровой барабанной мельницы в условиях нопсрсчпо-нродольного движения и внутреннего рецикла загрузки.

3. Создать экспериментальную модель мельницы с виутримельпичиыми устройствами и разработать методики исследований ШБМ с потоками рециркуляции в камере тонкого помола.

5. Исследовать влияние режимов работы впутримельпичпых устройств ШБМ на эффективность процесса измельчения.

6. Выявить рациональные конструктивные и технологические параметры ШЬМ с поперечпо-продольпым движением и рециклом загрузки.

7. Внедрить в промышленных условиях патентно-чистую конструкцию шаровой барабанной мельницы с поперечно-продольным движением и внутримелышчным рециклом загрузки.

Научная новизна заключается в разработке: - математической методики расчета кинематики процесса движения мелющих тел с учетом конструктивных особенностей впутримельпичпых устройств и режима работы шаровой барабанной мельницы;

- методики расчета максимальных объемов перемещаемой загрузки в зоне активного влияния наклонной перегородки иа мелющие тела;

- энергетического баланса работы мелющих тел с учетом их нонеречпо-продольиого движения и рецикла загрузки, позволяющего рассчитывать потребляемую мощность привода шаровой барабанной мельницы;

- уравнений регрессии, учитывающих конструктивно-технологические особенности предложенной конструкции мельницы, позволяющих рассчитать рациональные параметры натурного образца шаровой барабанной мельницы предложенной конструкции;

- новой патентно-чистой конструкции шаровой барабанной мельницы с нонеречпо-продольпым движением и рециклом загрузки.

Практическая ценность работы заключается в методике расчета основных конструктивно-технологических параметров процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице, оснащенной устройством для организации понеречпо-продольного движения мелющих тел и рецикла измельчаемого материала и рекомендациях но выбору оптимальных технологических режимов ее работы в технологии производства портландцемента. По результатам работы разработана новая конструкция виутримелышчиого устройства с поперечно- : продольными движениями мелющих тел виутримелышчиого рецикла измельчаемого материала, иа которое получено положительное решение от 20.07.2006г. № 2006126388/22(028649).

Реализации работы. Диссертационная работа выполнялась в БГТУ им. В.Г. Шухова в рамках хозяйственных договоров с цементными заводами. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса измельчения в ШБМ, методики расчета рациональных конструктивных и режимных параметров, разработанный вариант устройств для осуществления поперечно-продольного движения и виутримелышчиого рецикла внедрены в промышленных условиях в ПРУП «Кричевцементошифер» (г. Кричев, Могилевская обл., Республика Беларусь), а также в учебном процессе Белгородского государственного технологического университета имени

IÎ.Г. Шухова па кафедре «Механического оборудования предприятий промышленности строительных материалов».

Диссертационная работа рассмотрена и одобрена па заседании кафедры «Механическое оборудование производства строительных материалов, изделий и конструкций» в октябре 2006 года.

Основные результаты исследований докладывались па научно-практических конференциях, проводимых в БГТУ им. В.Г. Шухова: VII региональной научно-практической конференции «Молодые ученые - науке, образованию, производству» (2004г.), Международной научно-практической конференции «Современные технологии промышленности строительных материалов и стройипдустрии» (2005г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, получено положительное решение о выдаче патента РФ па полезную модель № 2006126388/22(028649) от 20.07.2006 г.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Работа включает 182 страницы, в том числе 155 страниц машинописного текста, 6 таблиц, 46 рисунков, список литературы из 124 наименований и приложения па 2 страницах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведенный аиализ состояния и направлений развития шаровых барабанных мельниц и технологии измельчения в них позволил выявить, что к настоящему одним из перспективных направлений повышения эффективности эксплуатации шаровых барабанных мельниц является создание и внедрение в промышленную практику эффективных конструкций впутримелышчпых устройств позволяющих повысить КПД помольного агрегата.

2. Получены аналитические выражения для описания траектории движения мелющих тел в мельницах с поперечно - продольным движением загрузки, учитывающие исходное положение любого из мелющих тел и действие всех сил, определяющих интенсивность и характер движения шаров.

3. Определены объемы загрузки перемещаемой наклонной перегородкой в каждой из камер мельницы. Установлены параметры зон активного влияния НМГ1 на загрузку. Вычислены их максимальные и минимальные радиусы с учетом конструктивных параметров мельницы и режима ее работы. N

4. Аналитически описано движение загрузки внутри трубы рецикла с учетом всех основных факторов, влияющих на режим работы мелющих тел. Получены выражения для определения дополнительно потребляемой мощности, расходуемой на продольное движение мелющих тел и их движение в трубе рецикла с учетом диаметров трубошнека и лифтеров, угла наклона винтовой линии трубошнека и частоты вращения барабана мельницы.

5. Па основании реализации плана миогофакториого эксперимента получены уравнения регрессии (Р; Q; Б)=/((р1; ср2; у/; и). Выявлено влияние исследуемых факторов па формирование функций отклика. Дана оценка влияния, как отдельных факторов, так и эффектов взаимодействия, па уровни параметров оптимизации.

6. Проведена оптимизация уровней факторов <р]; ср2; у; и при минимизации Р, с{ в условиях максимума 5 и Для этих условий получены конкретные величины уровней факторов. Так, для цемента с 8-450 м2/кг оптимальным является следующий режим работы мельницы: $¡=0,3; (р2=0,11(рг, у=0,77пкр\ и=0,87 м/с. В этом случае Р=2,05 кВт; ()=0,27 кг/мин; <7=7,5 кВт-мип/кг; 1*008=0,1 %.

7. Анализ дисперсных характеристик проб цемента полученного в шаровых барабанных мельницах с поперечпо-продольпым движением мелющих тел и рециклом измельчаемого материала показал, что возможно получение цемента с удельной поверхностью до 800 м /кг и регулирование топкости помола в широких пределах, причем по энергетическим затратам и качеству цемент превосходит показатели цемента, полученного в мельницах замкнутого цикла измельчения.

8. Разработана принципиально новая конструкция шаровой барабанной мельницы с поперечпо-продольпым движением и рециклом загрузки, позволяющая повысить эффективность процесса измельчения. Конструкция защищена положительным решением о выдаче патента РФ на полезную модель № 2006126388/22(028649) от 20.07.2006 г.

9. Промышленное внедрение результатов работы на ПРУГ1 «Кричевцементошифер» (Республика Беларусь) на цементной мельнице 03x14м, подтвердило эффективность применения разработанной конструкции. Расчетные значения годовой экономии при планируемом одновременном улучшении качества цемента: электроэнергии - 80000 кВт; мелющих тел - 55 - 60 т; рост выработки цемента - 60000 т в год.

1.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых / С.Е. Андреев, В.В. Зверевич, В.А. Перов. - М.: Недра, 1980. -415с.

2. A.c. 831171 СССР, МКИ В 02 С 17/06. Барабанная многокамерная мельница / В.С.Богдапов, Н.С.Богдапов, Д.Н.Солодовников; БТИСМ им. И.А.Гришмаиова- 2796010/29-33; Заявлено 17.07.1979; Опубл. 23.05.1981; Бюл. №19.-С.З.

3. A.c. 1678448 СССР, МКИ В 02 С 17/00 Шаровая Мелышца / B.C. Богданов, С.Ф.Зеленков, Ю.М.Фадии и др; БТИСМ им. H.A. Гришмапова-Опубл. 15.07.91, Бюл. № 35-С.6.

4. A.c. 583718 СССР, МКИ В 02 С 17/06. Трубная мелышца / Беиг Херпинг; Ф.Л. Смидт и КО А/С.- 2010873/29-33; Заявлено 21.03.74; Опубл. 05.12.1977; Бюл. №45.-С.5.

5. Акунов В.И. Современное состояние и тенденции совершенствования молотковых дробилок и мельниц / В.И. Акунов // Строительные и дорожные машины. 1995.-№ 1.-С. 11-13.

6. Алабужев U.M. Теория подобия и размерностей. Моделирование / П.М. Алабужев, В.Б. Геропимус, Л.М. Минкевич и др. М.: Высшая школа, 1968.-208 с.

7. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента / В.И. Асатурян М.: Радио и связь, 1983. - 248 с.

8. Бауман В.А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций: Учебник для строительных вузов / В.А. Бауман, Б.В.Клушанцев, В.Д. Мартынов. М.: Машиностроение, 1981.-324 с.

9. Богданов B.C. Новое впутримелышчпое классифицирующее устройство для шаровых трубных мельниц / В.С.Богдапов, Ю.М.Фадии, В.Г.Дмигриепко, С.С.Латышев, И.С.Сыроватский // Вестник БГТУ им.В.Г. Шухова, 2003.- №6.- Ч. III.- С.254 257.

10. БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004.- С27-31.

11. Богданов B.C. Повышение эффективности работы трубных мельниц открытого цикла измельчения / B.C. Богданов, Ю.М.Фадип, С.С. Латышев, и др. // Цемент и его применение, 2005 №1.- С.49 - 53.

12. Богданов B.C. Снижение энергоемкости процесса измельчения /

13. B.C.Богданов, B.C.Платонов, Н.С.Богданов // Цемент, 1984- №121. C.7-9.

14. Богданов B.C. Трубные шаровые мельницы с внутренним рециклом /

15. B.C. Богданов, B.C. Севостьяпов, B.C. Платонов // Цемент, 1989 №11. C.15- 16.

16. Богданов B.C. Шаровые барабанные мельницы (с поперечно-продольным движением загрузки) / B.C. Богданов//.- Белгород: БелГТАСМ, 2002285 с.

17. Богданов B.C. Определение длин камер трубных мельниц с наклонными перегородками / В.С.Богданов, Н.Д.Воробьев // Цемент, 1986 №7-С.10-12.

18. Богданов B.C. Барабанные мельницы с поперечно-продольным движением мелющих тел: Автореф. дис. док. техп. наук: 05.02.16 / B.C. Богданов // БТИСМ. Белгород, 1986. - 48 с.

19. Велецкий Р.К. Измерение параметров пылегазовых потоков в черной металлургии / Р.К. Велецкий, Н.Н. Григина- М.: Металлургия, 1979- 80 с.

20. Вердиян М.А. Оптимизация процесса измельчения в цементных мельницах: Автореф. дисс. . канд. техн. наук / НИИЦемепт М., 197120 с.

21. Воробьев Н.Д. Теория и численные методы расчета конструктивно-технологических и энергетических параметров шаровых мельниц с наклонными перегородками: Автореф. дис. . каид. техн. наук: 05.02.16 / Н.Д. Воробьев // БТИСМ. Белгород, 1986. - 18 с.

22. Глухарев Н.Ф. Повышение производительности цементных мельниц сиспользованием устройства «Экофор»/ Н.Ф. Глухарев // Цемент и его применение, 2000 № 1.- С.20 - 22.

23. Глухарев Н.Ф. Технология «ЭКОФОР» за рубежом/ Н.Ф. Глухарев // Цемент и его применение, 2003.-№1.-С.23 -25.

24. Глухарев Н.Ф. Энергосбережение в производстве цемента с использованием устройства «Экофор» / Н.Ф. Глухарев // Цемент и его применение, 2002.-№ 1.- С. 19 21.

25. Григорьев A.M. Винтовые конвейеры. / A.M. Григорьев //- М.: Машиностроение, 1972 184 с.

26. Григорьев A.M. К вопросу о расчете грузовых винтов. / A.M. Григорьев // Труды Казанского химико-технологического института им. С.М. Кирова Казань, 1957.- Вып.22.- С.59 - 62.

27. Григорьев A.M. О наклоне шнека. / A.M. Григорьев // Труды Казанского химико-техпологического института им. С.М.Кирова.- Казань, 1957-Bbin.22.-C.63-75.

28. Григорьев A.M. Элементы теории винтовых конвейеров. / A.M. Григорьев //- Казань: КХТИ, 1957. 73 с.

29. Движение тела в лифтере внутримельничпого классифицирующего устройства трубной шаровой мельницы / Н.Д. Воробьев, В.П. Воронов, Ю.М.Фадип, С.С.Латышев, Д.В.Богданов // Вестник БГТУ им.В.Г. Шухова, 2005.-№11.-4. III.-С. 149- 153.

30. Дешко 10.И. Измельчение материалов в цементной промышленности / Ю.И. Дешко, М.Б.Креймер, Г.С. Крытхип.-М.: Стройиздаг, 1966. 275 с.

31. Дорохов H.H. Исследование струйного измельчения и его перспективы в цементной промышленности / И.Н.Дорохов, Д.И.Эскип, Е.В.Щеголяев // Цемент, 1995.-№2.-С.34-36.

32. Дуда В. Цемент / Пер. с нем. Е.Ш. Фельдмана М.: Стройиздат, 1981. -464 с.

33. Дун И.Ф. Влияние профиля футеровки барабана па процесс измельчения и износа в шаровой мельнице / И.Ф. Дун, В.А. Цукермап // Бюллетень "Обогащение руд", 1974.-№3 С.30 - 35.

34. Евневич A.B. Грузоподъемные и транспортирующие машины па заводах строительных материалов 2-е изд., испр. и доп. / A.B. Евневич //- М.: Издательство машиностроительной литературы., 1962.-365 с.

35. Журавлёв В.М. Безболтовое крепление бропефутеровки шаровых35