автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Теоретические и экспериментальные исследованияпресс-валкового агрегата с предварительнымуплотнением шихты

гГ5 ОД

2 2 Ш

На правах рукописи

/

Севостьянов Игорь Владимирович

Теоретические и экспериментальные исследования пресс-валкового агрегата с предварительным уплотнением шихты

На стыке специальностей

05.02.13 - Машины и агрегаты (промышленность)

05.17.11 - Технология керамических, силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АВТОРЕФЕРАТ

Белгород - 2000

Работа выполнена в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов на кафедре механического оборудования

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент H.H. Дубинин Научный консультант:

доктор технических наук, профессор В.Д. Барбанягрэ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор A.B. Туренко

кандидат технических наук, доцент А.Ф. Матвеев

Ведущая организация - ОАО Старооскольский завод стеновых строительных материалов

Защита состоится 14 ноября 2000 г. в /3 часов на заседании диссертационного Совета К 064.66.03. при Белгородской государственной технологической академии строительных материалов по адресу: 308012, Россия, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, главный корпус, аудитория 242.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Белгородской государственной технологической академии строительных материалов.

Автореферат разослан « // » OliLbtSj}р 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

М.Ю. Ельцов

KU АЛ _/Г-/W <П

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Во многих отраслях промышленности (керамической, огнеупорной, цементной, стекольной, теплоизоляционных материалов, химической, горнодобывающей и др.) процесс производства продукции связан с формованием порошкообразных шихт в спрессованные тела заданной геометрической формы и размеров. Это обусловлено не только необходимостью соблюдения технологического регламента производства, предусматривающего переработку сырьевых материалов в сформованном виде (сушка, обжиг и др.), но и решения экологических вопросов, связанных с транспортировкой сыпучих материалов без их пыления и смерзания, рациональной утилизации техногенных материалов (пылеуно-са обжиговых материалов, золо-шлаковых отходов и др.).

Дня формования различных порошкообразных материалов (глинистых пород, доломита, шамота, пылеуноса обжиговых агрегатов, золо-шлаковых отходов и др.) используются пресс-валковые агрегаты (ПВА).

Интенсивное развитие в последнее время малых предприятий и широкая номенклатура выпускаемых ими изделий создают предпосылки для развития прессового оборудования, позволяющего быстро изменять условия процесса прессования, а следовательно, и режимы работы прессовых агрегатов.

Широкая область использования ПВА во многих отраслях промышленности, а также необходимость реализации их неиспользованных резервов определяют актуальность данной диссертационной работы.

Цель работы. Разработка и исследование пресс-валкового агрегата с предварительным уплотнением шихты, расчет конструктивно-технологических и энерго-силовых параметров агрегата.

Научная новизна работы. Проведены теоретические и экспериментальные исследования адекватных математических моделей процесса прессования шихты. Разработана методика расчета основных конструктивно-технологических, кинематических и энерго-силовых параметров ПВА с устройством для предварительного динамического уплотнения шихты. На уровне изобретения разработана конструкция устройства для предварительного динамического уплотнения шихты и создана методика расчета его основных параметров.

Практическая ценность работы заключается в разработке методики проектирования технологического комплекса (ПДУ-ПВА), обеспечивающего получение спрессованных тел из порошкообразных материалов различной пластичности с заданными физико-механическими характеристиками, а также промышленной апробации выполненных разработок для различных отраслей промышленностей строительных материалов (ПСМ).

Реализация работы. Основные результаты диссертационной работы реализованы при проектировании и внедрении разработанного ПВА в

различных отраслях промышленности строительных материалов (керамзитовом, известковом и др.), а также горнорудном производстве. Результаты исследований используются в учебном процессе и при проведении УИРС'в Бел ГТАСМ и др. учебных заведениях. Экономический эффект от внедряемых разработок составляет 867,6 тыс. рублей в год.

Апробация работы. Результаты исследований по диссертационной работе докладывались и получали положительную оценку на Международных научно-технических конференциях (г. Пенза 1997г.; г. Старый Оскол 1999г.; г. Белгород 1999г.), на конференциях молодых ученых (БелГТАСМ, 1998-2000г.), на кафедре механического оборудования БелГТАСМ.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, получен патент на изобретение.

Структура и объем. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, 11 приложений. Содержит 164 страницы, 13 таблиц, 54 рисунка, список литературы из 140 наименований и приложения на 30 страницах.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по изучению основных закономерностей процесса формования порошкообразных шихт с различными физико-механическими характеристиками;

- принципиальная конструкция пресс-валкового агрегата (ПВА) с устройством для предварительного динамического уплотнения (ПДУ) шихты;

- методика расчета кинематических, конструктивно-технологических и энерго-силовых параметров устройства ПДУ;

- регрессионные математические модели, позволяющие установить рациональный режим работы устройства ПДУ и пресс-валкового агрегата;

- методика расчета кинематических, конструктивно-технологических и энерго-силовых параметров технологического комплекса ПДУ-ПВА.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Излагается актуальность темы, цель и задачи исследований, указывается научная новизна, практическая ценность и основные положения, которые выносятся на защиту.

Глава 1. Посвящена анализу научных работ отечественных и зарубежных ученых в области полусухого формования порошкообразных шихт в пресс-валковых агрегатах, выявлению направлений их конструктивно-технологического совершенствования, а также формулированию цели и задач исследований диссертационной работы.

Произведен анализ технологических процессов и условий полусухого формования шихт, используемых в различных отраслях ПСМ. Установле-

ны основные закономерности процесса прессования и их взаимосвязь с техническими средствами их реализации в прессовом оборудовании. Для получения спрессованных тел с заданной геометрической формой и размерами наибольшее распространение получили пресс-валковые агрегаты с формующими элементами желобково-зубчатого типа.

Проведенный анализ теорий полусухого прессования порошкообразных материалов и методик расчета прессовых агрегатов валкового типа, разработанных отечественными и зарубежными учеными: Р.Я. Попиль-ским, Ф.М. Уманским, С.Г. Силенок, М.Ю. Бальшиным, М.Я. Сапожни-ковым, Г.Ф. Баландиным, Г.М. Жданович, М.Б. Генераловым, A.M. Хав-киным, А.Н. Николаевым, Г.И. Аксеновым, И.Д. Ремесниковым, Б.Н. Ра-вич, М.И. Сарматовым, В. Джонс, Р. Ришель, К. Терцаги и др. свидетельствует о различных методологических подходах в изучении процессов прессования и проектирования прессового оборудования.

Проведенные патентные исследования в области конструктивно-технологического совершенствования ПВА свидетельствуют о неиспользованных резервах прессового оборудования, возможности повышения его производительности, качества спрессованной продукции и снижения удельных энергозатрат.

Установлено, что наиболее перспективным направлением по улучшению количественных и качественных показателей ПВА является разработка наиболее совершенных устройств для предварительного уплотнения шихты и формующих элементов пресс-валковых агрегатов.

Разработка новой конструкции ПВА, соответственно, требует создания методик расчета кинематических, конструктивио-технологических и энерго-силовых параметров агрегата.

Исходя из этого, в диссертации ставятся следующие задачи:

- исследовать основные закономерности процесса прессования порошкообразных материалов с различными физико-механическими свойствами и определить способы их реализации в прессовых агрегатах;

- на уровне изобретения разработать устройство для предварительного динамического уплотнения шихты (ПДУ) многофункционального действия;

- исследовать кинематические, конструктивно-технологические и энерго-силовые параметры устройства ПДУ;

- разработать методику расчета основных конструктивно-технологических и энерго-силовых параметров технологического комплекса (ПДУ-ПВА) для формования порошкообразных шихт;

- исследовать условия напряженного состояния спрессованных тел и разработать мероприятия для оперативного контроля качественных характеристик спрессованной продукции;

- с использованием регрессионных математических моделей исследовать процесс предварительного уплотнения шихты в ПВА и установить рациональные условия работы прессового агрегата;

- провести промышленную апробацию выполненных разработок и оценку их технико-экономической эффективности.

Глава II. Представлены методики экспериментальных исследований и разработка стендовых установок для процесса прессования порошкообразных материалов. Для изучения основных закономерностей процесса прессования использовались порошкообразные материалы с различными физико-механическими свойствами: мергель, мел, известняково-шлаковая смесь, доломит, пылеунос керамзитового и известкового производств.

Данные материалы характеризовались различными значениями насыпной массы (для мела - р0=620 кг/м3, для доломита - р0=900 кг/м3), истинной плотности, удельной поверхности (для известняково-шлаковой смеси 5=420 м2/кг, для мела 8=1070 м2/кг) и пластичности (£=9.6-44.8 %). Кроме того, использовался порошкообразный материал железорудного концентрата со следующими характеристиками: р0=1970 кг/мл, уист=3600 кг/м3, 8=196 м2/кг.

Экспериментальные исследования по изучению основных закономерностей процесса прессования материала проводились как с использованием пресс-матриц диаметром 20x10"' м, а также пресс-валкового агрегата, оснащенного ПДУ (Рис. 1.).

Технологический комплекс включает в себя следующие агрегаты: устройство для загрузки и питания шихтой ПВА, пресс-валковый агрегат с формующими элементами желобково-зубчатого типа, а также транспортирующие агрегаты для возврата просыпи в ПВА.

Привод валков содержит два двигателя постоянного тока типа РЦ-250 с установленной мощностью N = 11 КВт и частотой вращения вала пгаах=1800 м-1. Электропитание двигателей осуществлялось от регулируемого источника постоянного тока ЭТЗ-З. Рабочая частота вращения валков ПВА варьировалась в диапазоне пр=(2...12) м"1.

Для повышения эффективности работы ПВА нами разработано устройство для предварительного динамического уплотнения шихты, патент РФ № 2133673. Устройство имеет многофункциональное назначение:

- обеспечивает предварительное уплотнение моно или многокомпонентной шихты с возможностью введения в щековый уплотнитель топли-восодержащих добавок или пластифицирующих компонентов в зоны дугообразных уплотнителей;

- обеспечивает удаление газообразной фазы из прессуемого материала, повышает плотность исходного материала, а следовательно - плотность спрессованных тел и производительность агрегата;

— позволяет варьировать степень уплотнения шихты в щековом и дугообразных уплотнителях за счет изменения амплитуды и частоты колебаний их рабочих органов;

- обеспечивает возможность принудительного нагнетания шихты в ПВЛ за счет изменения угла вибровоздействия и наличия трамбующих поверхностей щек, а также равномерного распределения уплотненного материала по ширине валков;

- позволяет получать спрессованные тела с упрочненным поверхностным слоем за счет нагнетания шихты дугообразными уплотнителями в ячейки или введения пластифицирующих компонентов в материал.

разных материалов: 1 - приемный бункер; 2 - ПДУ; 3 - пресс-валковый агрегат; 4 - течка отбора просыпи; 5 - ленточный транспортер; б - элеватор; 7 - шнековый питатель.

Конструктивное исполнение ПДУ и его привод постоянного тока (Ы= 1,5*103 Вт) позволяли варьировать различные параметры: расстояние между щеками - Н0=(10...60) 103м, угол направления вибровоздействия -Р=15...90°, величину эксцентриситета - е=(2...10) 10~3 м, частоту колебаний щек - (1 ...7) кол/с.

Выбор формы и размеров спрессованных тел (Lxbxh) = (32x32x16)-10"3м, V=10'10"6mj, а также массы брикетов m = 20'10"3кг обусловлен технологическими требованиями производства: сгсж > 120 Н/брикет, сохранность при сбрасывании с высоты 2м (степень разрушения меньше 8...10 %); истираемость менее 10%; термостойкость Т >600°С.

При обработке экспериментальных данных использовались методы теории вероятности и математической статистики. Для изучения совокупного влияния факторов (е, v, ß, Н0) на выходные параметры: р - плотность шихты, Е - степень уплотнения, N - мощность привода использовался метод математического планирования эксперимента (план ЦКРП-2").

Глава III. Проведены теоретические исследования условий прессования шихты в пресс- матрице со сферической рабочей поверхностью пуансоноз (рис. 2.)

Рис.2. Схема к расчету усилий прессования.

Процесс уплотнения шихты может быть описан характерной компрессионной кривой - зависимостью степени плотности Е от усилия прессо-

вания Р, Е=Г(Р), где £ . ] Од0/о - отношение плотности шихты (рь кг/м3)

при заданном усилии прессования (Р; Н) к предельному значению плотности спрессованного тела с учетом его влагосодержания (у№, кг/м3). Характер изменения зависимости Е=Я(Р) определяется физико-механическими свойствами прессуемой шихты в течение ее уплотнения (участок АВ), прессования (участок ВС) и деформирования спрессованного тела (участок СБ).

Рассматривая равновесие элементарного слоя прессуемой шихты бесконечно малой толщины с1Ьсл в виде дифференциального уравнения проекций сил на ось х, получим:

^со^^к+Аг«, Ъовх^+Я*«™"*^ , (1)

соя аср,

где стср — среднее напряжение давления, действующее на слой шихты в зоне прессования (II) на глубине Нь н/м2;

Яспр т. - площадь сечения спрессованного тела на глубине Н;, м2;

(Шсл- толщина слоя спрессованного тела на глубине Н„ м;

Ь - периметр пресс-матрицы на глубине Н„ м;

схср; - средний угол наклона рабочей поверхности пуансона к оси у, определяемый радиусом кривизны ячейки, град.

После соответствующих преобразований и используя зависимость среднего нормального напряжения аср от максимального давления прес, получаем уравнение для опреде-

сования р„„ „,„ в виде ст = , + Р

ч> 2

ления давления прессования шихты:

ехр

4/5

.Я»

1-

Ро

(2)

где: Н0 - исходная высота слоя шихты, м;

Б - диаметр пресс-матрицы, м;

- соответственно, коэффициенты внешнего и бокового дав-

ления;

ро - исходная плотность шихты, кг/м ; Рспрт - плотность спрессованного тела, кт/м3.

Значение Р,,,,.тах определяются графоаналитическим способом при использовании метода кусочно-линейной аппроксимации кривых е '"' = /(р) при установленном значении условной предельной плотности (р ) и коэффициента потери сжимаемости а (рис. 3) для материала с заданными физико-мсханическими характеристиками р0, Г, £,), спрессованном при различном давлении Р.

г

с05 £?

спр т

\

AaótewP л/грссоЗанс/я, P, Míb

----1-1-1-1-1-1-;

0,25 OS G7S ¿a

-PU.

/7оказа/лрмг e

Рис.3. Совмещенные графические зависимости p=í{P) и с"Pa=f(p).

Например, для мело-известкового материала при исходных значениях параметров: W=18%; р0=Ю50 кг/м3; f=0.52; £=0.38; аср.*=30°; Но=42-10"3м; D=20-10"3m., заданном (рс„рт=2000кг/м3) и установленных (рпр=2154 кг/м3,

а=0.075) значениях величин на кривой p=í(P) определяем значение Ртах =30 Мпа, соответствующее ртах=2050 кг/м3. По формуле (2) определяем Р =28.2 Мпа.

Наличие на компрессионной кривой уплотнения (рис.2) достаточно протяженной стадии уплотнения (участок АВ), характеризующийся незначительным силовым воздействием (Р0) и интенсивным приростом плотности (p¡) свидетельствует о целесообразности предварительного уплотнения шихты перед прессованием. Данная технологическая операция реализуется в разработанном устройстве для предварительного динамического уплотнения (ПДУ) шихты (патент 2133673).

Проведенные исследования кинематических параметров работы устройства ПДУ-щеки, (рис. 4а) позволили получить уравнение движения любых точек на щеке:

xod, = k cos <Ро + Xd, cos('/>o +<P, )-Yd¡ sin(p0 + cpx); ^

Yod = /,sintpQ + XD sin(í»0 + «?,)+ Yd cos(<p0 +(pt);

где X0d¡,Y0dí - координаты точек Di в системе координат Х0Уо; li - длина входного звена (эксцентриситет).

Рис. 4. Расчетная схема движения уплотняющей щеки ПДУ (а) и кинематика движения рабочего органа ПДУ (б).

Анализ полученных траекторий движения рабочего органа ПДУ при различных углах вибровоздействия р= 30...90° свидетельствует, что при (3=60° режим работы устройства ПДУ наиболее рациональный: ход сжатия шихты в верхней точке щеки наибольший, а в нижней точке щеки - обеспечивается наибольший эффект проталкивания уплотненного материала в межвалковое пространство ПВА (Рис. 46).

Расчет конструктивно-технологических параметров ПВА, оснащенного устройством ПДУ (Рис. 5), позволил установить значения общего коэффициента уплотнения шихты.

КЕ=К,

упл.щ Купл.ду

г К,

пр.ПВА

(4)

где К,

УПЛ.Ш) ^упл.дуг

соответственно, коэффициент уплотнения шихты в

щековом и дугообразном уплотнителях;

Кпр пва - коэффициент прессования материала в ПВА; е - эксцентриситет вала устройства ПДУ, м; Р - угол вибровоздействия устройства ПДУ, град; Н0 дуг - исходная толщина слоя в дугообразном уплотнителе, м; Ьпл. пи Ьпл дуг - соответственно, толщина пластины в щековом и дугообразном уплотнителях, м;

апод - угол подачи шихты в ПВА, (а.

под

: 40 > амр);

- толщина спрессованного тела в ПВА после упругого расширения,

м.

При соблюдения условия равенства масс, обрабатываемых в ПДУ (Qm пду) И ПВА (Qm.riBaX Qm пду — Qm.nea определяется значение угловой скорости эксцентрикового вала ПДУ:

УПВА 1"1<Рж , ~ 2^п„у,Рг, ,ЬгКА

ич п :.щ' fi'i itf

sin ft

-,рад/с

(5)

sin/?/

где Упва - скорость движения материала в ПВА, м/с; т- масса брикетов, спрессованных в ПВА, кг; фж.з_ коэффициент использования валков, ф=0,92;

рП1 щ,рпл дуг - соответственно, плотность материала в дугообразном и щековом уплотнителях, кг/м3;

1яч,в - соответственно, длина и ширина ячейки, м. Расчетные схемы условий предварительного уплотнения шихты в щековом и дугообразном уплотнителях представлены на рис. 5. а) б)

Рис. 5. Схемы к расчету процессов уплотнения шихты в щековом (а) и дугообразном (б) уплотнителях.

Мощность привода ПДУ определялась по формуле:

/V

ПДУ

(б)

Ц

где Кпик - коэффициент, учитывающий преодоление пиковых нагрузок в момент разгона машины, Кпик=1,5;

- мощность, затрачиваемая на уплотнение шихты в щековом уплотнителе, Вт;

}] - К.П.Д привода.

При проектировании ПВА важное значение имеет методика расчета основных энергосиловых параметров агрегата.

Проведенные нами аналитические исследования условий напряженного состояния слоя прессуемой шихты (рис.6), а также использование полученного ранее значения р позволили получить уравнение для расчета давления прессования в ПВА.

Рис. 6. Схема напряженного состояния элементарного слоя прессуемой шихты.

ехр

4У?

Ро

-1

(7)

1-ехр

-4/?

1+/ И

2/;, Н"

"о у

-с18а„,

н:

где а2 - среднее нормальное напряжение, возникающее при прессовании элементарного слоя, Н/м2;

Ьх - толщина прессуемого слоя шихты, м; q - удельное давление шихты на поверхности валков, Н/м2; апр - угол прессования шихты, определяющий направление сил Р и Ртр=Р1; град;

(Xynp - угол упругого расширения спрессованных тел, град; Ртах - максимальное усилие прессования, Н;

Я;,я; - исходная толщина слоя шихты между поверхностями зуба и желоба, соответственно, м.

Для определения усилия прессования шихты в ПВА _ р необхо-

Q U ГП<|Ч

димо установленное значение PH(hx) умножить на площадку силового воздействия Sa„ (по дуге нейтрального угла 1ш, и ширине валков В),

Р = ^ P«(h.№Jbha,\2Rcl¡ -Ahj (g)

«. max

cosar/( cosa„

Полученное выражение (8) позволяет по исходным физико-механическим характеристикам порошкообразной шихты: ро=1050 кг/м3; f=0,52; £=0,38; спрессованных тел - рспрт=2-10'3 кг/м3 и геометрическим параметрам пресс-матрицы: D=20-10'3m; Dr=20-10"3m; и Ho=42-10"jm; Р= 28,2 МПа; acp i=30° определить необходимое значение усилия прессования р для заданных геометрических параметров ПВА: радиус вал-

& н них

ков - RHap=0,35 м, ширина валков - В=0,5м и спрессованных тел: (Lxbxh) = (32х32х16)-10"3 м. Для указанных значений параметров -Р =21,61-Ю"4 Н.

а„ nux

Мощность привода ПВА можно определить по формуле:

77 7]

где: Мкр шах, М,р - максимальный крутящий момент и момент трения в цапфах подшипниковых опор, Н-м;

ш — угловая скорость вращения валков, рад/с; GB - сила тяжести валков, Н; а„ - нейтральный угол прессования, град; р. — коэффициент трения в цапфах валков; Гц-радиус цапф валков, м; г) - К.П.Д. привода.

Для вышеуказанных параметров ПВА - N=11,26-10° Вт. При соответствующей производительности ПВА Qin=3,46 кг/с удельный расход электроэнергии составляет

Qm Кг ,П

При проектировании технологического комплекса ПДУ-ПВА важное значение играет не только расчет конструктивно-технологических и энергосиловых параметров агрегатов, но и выбор рациональной геометриче-

ской формы н размеров спрессованных тел, удовлетворяющих требованиям производства.

При исследовании напряженного состояния спрессованных тел установлено, что наибольшая концентрация напряжений наблюдается на их утонченных краях. Это, в свою очередь, позволяет разработать технические мероприятия по изготовлению формующих элементов рационального геометрического профиля, обеспечивающих получение спрессованных тел без утонченных кромок.

Для оперативного контроля качества спрессованных тел в промышленных условиях необходимо знать значения объемной массы брикетов, полученных в замкнутом пространстве "желоб-зуб" и имеющих сложную форму. Полученное нами аналитическое выражение и программное обеспечение позволяют при замеренной толщине брикетов (Ь6р) оперативно устанавливать их объем, а при известной массе — плотность р.

По тарировочной зависимости рг{{ Р ) можно установить искомое давление прессования - Р, определяющее силовые нагрузки на рабочие органы агрегата.

Глава IV. Проведены комплексные экспериментальные исследования по изучению общих закономерностей процесса прессования шихт с различными физико-механическими характеристиками.

Установлено, что с увеличением давления прессования в диапазоне Р =(15... 100) МПа прочность спрессованных тел возрастает линейно, а оптимальная влажность формования снижается с \\7оптг=10...12% до \Уопт=6%.

Одним из технологических приемов повышения прочности спрессованных тел является увеличение исходной дисперсности прессуемого материала. Так, при повышении дисперсности материала с 8уд=320 м2/кг до 8уд=690 м2/кг прочность спрессованных тел (при Р =60 МПа, \У0ПТ=6%) возрастает с егсж=2,2 МПа до о-с-ж=3,5 МПа (на 59%). Однако это приводит к увеличению на 2...4% значений оптимальной влажности формования.

Проведенное нами многофакторное планирование эксперимента и исследование зависимости СГ СЖ=Д Р ,\\^,5уд) (Рис.7) позволяют сделать вывод о возможности повышения прочности спрессованных тел при варьировании параметров: Р и 8уд.

Изучение закономерностей процесса прессования подтверждает вывод о целесообразности предварительного уплотнения шихты с использованием устройства ПДУ. Экспериментальные исследования различных режимов работы технологического комплекса: ПВА-ПДУ (Рис.8) свидетельствуют о возможности получения спрессованных тел, удовлетворяющих

требованиям производства: сгсж> 120 Н/бр, сохранность при сбрасывании с высоты 2м - 90%, термостойкость - Т > 600°С.

Рис. 7. Зависимость прочности спрессованных тел (сгсж) от давления прессования (/*), влажности(\\0 и дисперсности(8уд) известково-шлаковой смеси.

Рис. 8. Технологический комплекс: ПВА-ПДУ для формования порошкообразных шихт.

Экспериментальные исследования зависимости: уо,Е,Ы=Г(е,Н, 8, ¡3), проведенные с использованием математического планирования эксперимента, позволили установить рациональные условия работы устройства

ПДУ: эксцентриситет приводного вала - е<810°м; расстояние между щеками - Н=(40...50)-10"3м; частота колебаний щек - у=4 кол/с; угол вибровоздействия - /?=60°.

При предварительном уплотнении пылеуноса известкового производства (\¥=12...14%, уСо=960 кг/м3) объемная масса уплотненной в ПДУ шихты достигала рцду ~1650кг/м', степень плотности -

Е„ду = ' 100% = 74,7%.

У

Степень предварительного уплотнения материала в ПДУ -АЕ = ЕПду- Ер0= 31,3%, что вполне соответствует максимальным значениям Д Е первой стадии уплотнения на компрессионной кривой диаграммы прессования. Использование ПДУ с указанными техническими характеристиками и полученной степенью предварительного уплотнения шихты обеспечивает получение в ПВА спрессованных тел с необходимой прочностью - сгсж> 170 Н/бр (при2040 кг/м3).

Глава V. Проведены промышленные испытания разработанного ПВА, оснащенного ПДУ, при брикетировании различных техногенных материалов: пылеуноса вращающихся печей керамзитового (Д х Ь = 2,5 х 40 м) и известкового (Д х Ь =3,6 х 81 м) производств, а также железорудного концентрата с добавкой в качестве связующего (10...20%) гашеной извести или пылеуноса известкового производства (содержание СаО -30%).

Испытания по брикетированию пылеуноса вращающейся печи керамзитового производства ОАО ЖБК-1 (№=12%, р 0=760 кг/м3, Е=15,4%) в

ПВА, оснащенным ПДУ, (Дв=0,42м, В=0,2м; 5 =(0,5...1)-10"3м, и=(0,2...1,2)м/с; N=6-103 Вт подтвердили возможность получения качественных брикетов (<тсж> 120 П/бр, Т>600°С) для их утилизации путем отгрузки потребителю, либо возврата в печь с «холодного» конца.

Брикетирование железорудного концентрата Яковлевского рудника (/?о=1970 кг/м3;8=170 м2/кг) в ПВА с добавкой пылеуноса известкового производства (р0=620 кг/м3, 8-1070м7кг) при \У=10...12% подтвердило возможность получения спрессованных тел : ЬхЬхЬ = (32х32х16)-10"3 м; У=7,5-10"бм3; рвр =3)00 кг/м^, удовлетворяющих требованиям производства для дальнейшей их переработки (транспортировки, сушки и обжига): сгсж= 170 Н/бр, Сист=97%, Т=670°С).

С учетом результатов проведенных испытаний разработан технологический регламент на процесс брикетирования железорудного концентрата с использованием пылеуноса известкового производства.

Проведенные комплексные исследования условий прессования пылеуноса вращающейся печи известкового производства ОАО «Строймате-

риалы», уловленного в циклонах и электрофильтре вращающейся печи №2, подтверждают целесообразность использования способа брикетирования при утилизации техногенных материалов. Активность пыли (содержание СаО и для различных проб составляла 18...23%.

При прессовании пылеуноса в ПВА (Д=0,7м, В=0,4м), оснащенном ПДУ (Н=40-10"3м; е=8-10"3м; и= 4 кол/с; /У =60°), при влажности материала \У=6...8% обеспечивается получение спрессованных тел с необходимыми физико-механическими характеристиками для различного технологического назначения: возврата во вращающуюся печь, раскисления почв, использовании в металлургическом и лакокрасочном производствах и др.

Экономический эффект от использования выполненных разработок при утилизации пылеуноса керамзитового и известкового производств составляет 867,6 тыс.рублей в год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исследован уровень развития техники и технологии полусухого формования порошкообразных шихт с использованием пресс-валковых агрегатов, установлены основные направления их конструктивно-технологического совершенствования.

2. На уровне изобретения разработаны конструкция ПВА (патент РФ № 2133673) с устройством для предварительного динамического уплотнения шихты (ПДУ) и методики исследований технологического комплекса.

3. Исследованы условия прессования шихты в пресс-матрице со сферической рабочей поверхностью пуансонов. Получено аналитическое выражение для расчета усилия прессования в зависимости от геометрических параметров пресс-формы и физико-механических характеристик шихты.

4. Исследованы кинематические параметры устройства ПДУ, установлены рациональные значения кинематики рабочих органов устройства.

5. Получены аналитические зависимости для расчета основных конструктивно-технологических и энерго-силовых параметров устройства ПДУ: параметров предварительного уплотнения шихты (Куш1 щ.,Куплдуг, Кпду, Кпр пм), угловой скорости эксцентрикового вала (со), мощности при-вода(Ыпду) и удельных энергозатрат (с1„ду).

6. Проведены исследования условий прессования порошкообразной шихты в ПВА. Получены аналитические выражения для определения усилий прессования, мощности привода и удельных энергозатрат (Р,Ы,я), напряженного состояния спрессованных тел и их объема.

7. Разработана методика проектирования технологического комплекса: ПДУ-ПВА, по заданным физико-механическим характеристикам шихты (Г&\У,р0) и спрессованых тел (ссж , рспрт.) - установлены необходимое

усилие прессования в валках (Ра), потребляемая мощность привода (И), производительность (<Зт) и удельные энергнозатраты (ц).

8. Проведены комплексные экспериментальные исследования по изучению общих закономерностей процесса прессования шихт с различными физико-механическими характеристиками. Установлена целесообразность поиска способов расширения диапазонов варьирования давления прессования в ПВА для формования шихт с различной степенью пластичности:

- с увеличением давления прессования в диапазоне р=(15...100) МПа прочность спрессованных тел возрастает линейно, при одновременном снижении оптимальной влажности формования с \¥опт= 10-12% до \¥опт-б%;

- при повышении дисперсности шихты с 8уд= 320 м2/кг до 690

м2/кг прочность спрессованных тел (при Р=60 МПа, \\^=опт) возрастает с асж =2,2 МПа до асж =3,5 МПа (на 59%) при одновременном увеличении значений оптимальной влажности формования на2...4%.

- при многофакторном планировании эксперимента асж = Г(Р,\¥,8) установлена возможность повышения прочности (стсж) спрессованных тел при соответствующем варьировании параметров Р,\У,8.

9. С использованием метода математического планирования эксперимента установлена взаимосвязь параметров устройства ПДУ: р,Е = Г(е,Н,и,(3) и рациональный режим его работы: е < 8х10"3м; Н = 40-50x10" 'м; и = 4 кол/с; Р=60°, обеспечивающий получение в ПВЛ спрессованных тел с заданными характеристиками: (для пылеуноса известкового производства - р = 2040 кг/м3; асж>120 Н/бр.).

10. Проведена промышленная апробация выполненных разработок для различных технологических процессов формования шихт в ПВА: керамзитового, известкового и горнорудного производств. Разработан технологический регламент на процесс формования шихт. Экономический эффект от использования разработок составляет 867,6 тыс. руб. в год.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Севостьянов И.В. Основные закономерности и перспективы развития технологии брикетирования порошкообразных шихт // Современные проблемы строительного материаловедения: Четвертые академические чтения РААСН. 4.2 - Пенза: Изд-во ПГАСА, 1998 - С. 116-117.

2. Севостьянов И.В., Зубаков А.П. Энергосберегающая техника и технология формования порошкообразных шихт для маллотоннажных производств // Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI века: Сб. докл. Междупар. конф. - шк. сем. молод, учен, и асп. 42- Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1998. - С. 550-555.

3. Ссвостьянов B.C., Дубинин H.H., Севостьянов И.В. Техника и технология формования шихт в промышленности строительных материалоЕ // Повышение эффективности технологических комплексов и оборудования в промышленности строительных материалов и строительстве: Сб докл. Междунар. Конф. "Промышленность стройматериалов и стройинду-стрия, энерго и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений". Ч^ - Белгород: Изд. БелГТАСМ, 1997. - С.273-276.

4. Дубинин H.H., Севостьянов И.В. Исследование напряженного состояния спрессованных тел // Математическое моделирование технологических процессов в производстве строительных материалов и конструк ций: Сб. науч. тр. - Белгород: Изд. БелГТАСМ, 1998. - С. 121-124.

5. Севостьянов B.C., Дубинин H.H., Севостьянов И.В. Моделирование пресс-валкового уплотнения шихты // Математическое моделирование технологических процессов в производстве строительных материалов i конструкций: Сб. науч. тр. - Белгород: Изд. БелГТАСМ, 1998. - С. 124 127.

6. Зубаков А.П., Севостьянов И.В., Бондаренко В.Н. // Энергосбере гающее оборудование для формования порошкообразных шихт: Сб докл Междунар. коиф. - "Вопросы проектирования, эксплуатации технически; систем в металлургии, машиностроении, строительстве". 41 Старый Ос кол: Изд-во СОФ МИСиС, 1999. - С. 170-172.

7. Севостьянов И.В., Барбанягрэ В.Д., Дубинин H.H. Аналитические i экспериментальные исследования процесса прессования шихт // Соору жения, конструкции, технологии и строительные материалы XXI века: Сб докл. II Междунар. конф. - "Школа семинар молодых ученых, аспиранто] и докторантов": Ч.З. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1999. - С. 100-104.

8. Севостьянов И.В., Дубинин H.H., Барбанягрэ В.Д. Исследование ки нематических параметров устройства для предварительного уплотнени! шихты // Сооружения, конструкции, технологии и строительные материа лы XXI века:Сб. докл. II Междунар. конф. - "Школа семинар молоды? ученых, аспирантов и докторантов": Ч.З. - Белгород: Изд-во БелГТАСМ 1999.- С. 95-99.

9. Патент РФ № 2133673. Пресс-валковый агрегат / B.C. Севостьянов

B.Д. Барбанягрэ, И.В. Севостьянов и др. - Опубл. 27.07.99 в Б.И. № 21

C.246

10. Севостьянов И.В. Пресс-валковый агрегат с устройством для пред варительного динамического уплотнения шихты // Эффективное оборудо вание и технологические комплексы для промышленности строительны; материалов и строительства. Сб. докл. Междунар. конф. "Качество, безо пасность, энерго-ресурсосбережение в промышленности строительны: материалов и строительстве на пороге XXI века". - Белгород: Изд-во Бел ГТАСМ, 2000. - 4.4. - С.270-276.