автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Установление параметров вибрационной мельницы с аспирационным устройством для тонкого измельчения минерального сырья

?ГБ ОА

л "1 'Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени государственный горный университет

На правах рукописи

ВЕРЖАНСКИЙ Александр Петрович

УДК 662.363

УСТАНОВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННОЙ МЕЛЬНИЦЫ С АСПИРАЦИОННЫМ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель канд. техн. наук, проф. ДОБРОБОРСКИИ Г. А. Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. КАРТАВЫЙ Н. Г., канд. техн. наук ТОЛСТЫХ В. И.

Ведущее предприятие — ПО «Фосфаты».

Защита диссертации состоится « 1 ^. 1993 г.

в . . . час. на заседании специализированного совета К-053Л2.04 при Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного -совета

канд. техн. наук, доц. ШЕШКО Е. Е.

ОЩДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На современном этапе развития горнодп• бывающей промышленности к качеству выпускаемой продукции предъявляются высокие требования. Внедрение прогрессивных технологий добычи и переработки горных пород является ключевым моментом в обеспечении страны топливными ресурсами, строительными материалами и сырьем для других отраслей промышленности. Обьеми добычи полезных ископаемых постоянно увеличиваются, что влечет за собой рост энергозатрат в отрасли. Обеспечение высокого качества продукции при низких производственных энергозатратах требует внедрения современного высокоэффективного оборудования, технологий добычи и переработки горной массы. Исследователи многих стран, в том числе и в нашей стране, считают, что одним из нвибо лее перспективных видов оборудования, обеспечивающих высокую про изводите'льность по готовой продукции с низкими удельными энергозатратами , являются вибрационные мепьнипы. Однако в силу епегпф! ки работы вибромельнии (тонкое и сверхтонкое измельчение'* возникают сложности в установлении режимов работы, обеспечивающих ста бильный гранулометрический состав материала, что отрицательно влияет на качество готоной продукции. Кроме того, неоднородность гронсостава исходного сырья приводит к недоиэмельчению или пере измельчению готового продукта, что также снижает качество продукции и повышает энергоемкость процесса. При работе вибромельнии необходимо обеспечивать такие условия измельчения, при которое частит материала, достигшие требуемой крупности, будут покидать зону измельчения. В этом случае энергия, подведенная к ме--лющрй загрузке,будет расходоваться на разрушение недоизмельчен-ных частиц.

Кроме того, удаление из зоны измельчения частиц готового продукта препятствует образованию пылевидной фракции, что улучшает экологические параметры процесса виброизмельчения.

В связи с этим установление параметров вибрационной мельницы с аспирапионным устройством является актуальной научной задачей.

Цель работы- Определение взаимосвязи между технологическими, конструктивными и энергетическими параметрами мельниш с целью установления параметров вибраиионной мельниш с аспира-ционным устройством для повышения производительности мельниил и

качества готовой продукции, а также снижения энергоемкости и улучшения экологических параметров процесса.

Идея работы. Повышение производительности мельницы и качества готовой продукции, а также снижение энергоемкости и улучшение экологических параметров процесса путем устранения переиэмельче-ния материала за счет удаления из зоны измельчения частиц готовой продукции.

Научные положения, разработанные лично автором, и новизна. Разработана математическая модель процесса вибрационного измельчения, отличающаяся тем, что на осноЕе использования математического аппарата теории массового обслуживания она учитывает его вероятностный характер, сложный фракционный состав исходного материала и ограниченное время пребывания материала в зоне измельчения.

Время измельчения материала в вибрационной мельнице изменяется по показательному закону в зависимости от величины среднего диаметра частиц готорого продукта, причем разница между математическими ожиданиями времени измельчения в вибромельнице с ас-пирационным устройством и без него увеличивается по гиберболичес-кой зависимости с уменьшением величины среднего диаметра частиц готового продукта.

Частота соударений шаров в помольной камере вибромельницы увеличивается по параболической зависимости с; ростом частоты колебаний помольной камеры.

Произ бдительность всех слоев мелющих тел, расположенных в плоскости, перпендикулярно'' оси камеры,одинакова и зависит при прочих равных условиях от интенсивности потока исходного продукта. ,

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Научные почожения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими исследованиями с испольэ оанием математи-¡еского' аппарата теории массового обслуживания, подтверждены экспериментальными дчшшми, полученными в лабораторных условиях. Сопоставление расчетных значений, полученн"х из аналитических зависимостей, с эксперименталоными данными показало, что расхождение между ними укладывается в доверительный интервал с вер яг-нос"ы> О.й, а сходимость результатов теоретических и акг.перн-ментальных исследований удовлетворяет требованиям, щ*,мьявляемим к точности инженерн -х расчетов (погрешность отклонения - Ю/б).

Значение работы. Научное значение работы заключается р установлении взаимосвязи между технологическими, конструктивными и энергетическими параметрами мельницы, что является развитием теории вибрационного измельчения.

Практическое значение работы состоит в разработке методики определения основных параметров мельнииы, обеспечивающей повышение производительности мельницы и качество готового продукта, а также снижение энергоемкости и улучшение экологических параметров процесса.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика определения основных параметров мельницы принята к использованию ПО "Фосфаты" при разработке опытно-промышленного образна вибромельницы для получения фосфоритной муки. Расчетный годовой экономический эффект от использования методики составляет 473<50 руб.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и инженеров (Москва, 1992 г.К

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 научных работ.

Объем работы. .Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 165 страниц машинописного., текста, 65 рисунков, II таблиц^ "список литературы из 106 наименований и I приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Измельчение является наиболее энергоемким процессом в технологии производства строительных и отделочных материалов, обогащении горных пород. Причем энергозатраты на измельчение возрастают нелинейно при уменьшении требуемой тонины помола.

В связи с этим встает необходимость применения высокопроизводительных измельчителей с низкой удельной энергоемкостью, обеспечивающих высокое качество готового продукта. Таким типом обо-

рудования являются вибрационные мельницы, нашедшие широкое при-менениев горно,побивающей, строительной и других отраслях промышленности для производства мелкодисперсных материалов.

Вибрационная мельница обычно состоит из помольной камеры, внутри которой находятся мелшцие тела (шары, стержни, цильпебс и др.), вибратора, раны и привода. Помольная камера установлена на раме с помощью пружин. Помольная камера может быть покрыта изнутри футеровкой для снижения износа стенок и уменьшения уровня шума. Мелющие тела заполняют 75-85$ объема помольных камер. При этом число мелющих тел может быть от нескольких сотен до одного.

По сравнению с шаровыми мельницами, применяемыми для тонкого помола, вибрационные измельчители обладают рядом преимуществ:

- воздействие на измельчаемый материал происходит с более высокой частотой, что приводит к интенсивному измельчению материала;

- имеют меньшие удельные энергозатраты;

- обладают ыеньшимг габаритами и массой;

- измельченный продукт имеет более равномерный гранулометрический состав.

На основании анализа отечественных и зарубежных источников бил сделан выгод о том, что в проектировании современного измель-чительного оборудования, в частности вибрационных мельниц,имеется тенденция к увеличению интенсификации процесса измельчения при одновременном повышении качества готового продукта, что достигается п„ гем:

1) увеличения поверх» "ти контакта мелющих тел с измельчаемым материалом;

2) поэтапного измельчения (предварительного и окончательного > ;

3) вывода из зоны из^льчения частиц материала, достигших требуецрго размера.

Исследователи в нашей стране и за рубежом считают вывод из зоны измельчения часиц материала, достигших требуемого размера, наиболее эффективным способом повшенич качества готового продукта при снижении энергозатрат на измельчение. Этот способ реализуется путем аспирации частиц готового продукта из зоны иэульчекия.

На основе анализа робот отечествен;?'« и зарубежна исследователей был сделан вывод о том, что наиболее удачными конструк-

циями с точки зренгл обеспечения внсокого качества готового продукта при небольшой энергоемкости измельчения являются вибро-мельници, включающие в конструктивную схему воздушные классификаторы.

Описанием процессов измельчения в помольных установках, отличающихся друг от дру^п принципом действия, характером воздействия колющих тел на иьмбльчаемый материал, занималось большое число ученых (В.Л.Балаян, В.В.Бедим, И.И.Блехм&н, П.С.Ермолаев, В.У.Клиювич П.П.Королев, А.Д.Лесин, Д.Д.Малккн, А.Н.Механиков, М.Л.Маргулис, П.Ф.Овчинников, В.П.Побураев, П.Л.Ребкндер, A.A. Тарасенко, К.А.Теймуразян, В.П.Фрэнчук, Н.Г.Четпев, В.Батель, Д.Бахман, Т.Беси, Г.Бот, Г.Гэммерлер, Ю.Рааш, Г.Роуз, Д.Фюрсте-нау, Т.Хагивара и др.1.

Все они, разрабатывая маг зматические модели процесса измельчения, использовали аппарат дифференциального и интегрального исчислений функций дискретных чисел, что неизбежно приводило к многочисленным допущениям и непозволяло точно ' описать процессы, происходите при измельчении материала в помольной камере вибрационной мельницы.

Эти процессы очень »»ложны, зависят от многочисленных факторов и требуют статистического, вероятностного подхода в их описании.

Производительность является одним из важнейших параметров функционирования машин. Знание величины производительности позволяет точно спланировать технологический процесс, обеспечить минимально допустимое потребление энергии при сохранении высокого качества готового продукта.

Большинство авторов при вычислении производительности мельницы и однэго мелющего тела использовали дискретные значения параметров функционирования мельницы, в то время как процесс измельчения носит случайный характер. Это вело к допущениям и неточностям в определении этого важнейшего показателя работы вибрационной »-елъницы, что в конечном итоге снижало производительность и приводило к переизмельчению или недоизмел^ченкю готового продукта.

На основании вышеизложенного был сделай вывод о том, что нахождение производительности метшего тела и мельнтн в целом возможно с использованием вероятностного подхода и изучении параметров работы мельницы на основе сб5$вёг<5твущвг5 «3-

1ематического аппарата.

Одним из способов, позволяющих описать процесс измельчения я вибрационной мельнице и создать математическую модель, отвечающую указанным вше т^-бованиям, является использование математического аппарата теории массового обслуживания применительно к работе вибрационной мольницы. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в области вибрационного измельчания, позволили решить ряд подач проектирования вибрационных мельниц. Однако остаются нерес^ннъши задачи, связаннее со своевременным удалением измельченного материала из помольлой камеры, со снижением энергоемкости измельчения, повышением качества готового продукта и зкологкчес!их параметров работы мельниц.

11а основании проведенного обзора конструкций вибрационных мельниц,- работ, посвященных изучению процесса вибрационного измельчения, а также анализа тенденции развития внброизмельчитель--но1. техники были сформулированы следующие задачи исследований.

1. Разработать:

а1 математическую модель процессов ивмельчения в виброыель-нице с аспирационнда устройством;

б) методику определения основных параметров мельницы.

2. Определить:

а) влияние аспирации мелких частиц из зоны измельчения на качество готового продукта и энергоемкость процесса;

б) зависимость производительности ст технологических и режимных параметров мельницы;

ь1 закон распределения времени измельчения материала в вибрационной мельнице.

Описание процесса измельчения методам;* теории массового обслуживания предполагают необходимость определения ряда параметров, используемых ь математическом аппарате данной тоории.

Поступающий в поюпьную камеру мольни!*; материал образует вероятностный поток требований на обслуживание. Под требованием ка обслуживание понимается нахождение единили объема материала и помольной камере (в зоне измельчения1!.

Вибрационная мельница, представленная как система массового обслуживания (040), еггь совокупность элементарных об'-тгужи-раы<1лх устройств - мелгтих тел, каждое из которых обеспечивает обслуживание поступающего на измельчение материала.

Под обслуживанием понималось ипмельченио частицы до'рзг-

мера менее одного миллиметра. Отказ в обслуживании происходил, если при воздействуй мелющего тела (тара) или слоя паров на частгцу последняя не разрушилась или разрупилась не до требуемого размера и переместилась дальше вдоль пот.-олыюй камеры. Это было пчнвяно, например, тем, что в определенный момент времени вар (обслуживающий прибор} был "занят" обслуживанием (измельчением) ¿тугой частицы.

В качестве основной характеристики функционирования СМО установлена ин.знсивноеть обслуживания^, определяемая следующим выражением: I

Ыск. ( 1 }

где ^ П(5СЛ - математическое ожидание времени обслуживания (измельчения) одним обслуживающим устройством (шаром).

Частицы, получившие отказ в обслуживании, перемещаются вдоль помольной камер!. Факт такого перемещения учитывается при помощи параметра интенсивности ухода требований из-под обслуживания Г^ , который определяется следующим выражением:

— , (2) — с

где - математическое ожидание времени пребывания необ-

служенных требований в помольной камере.

Основной качественной характеристикой процесса измельчения многие исследователи считают эффективность измельчения Е. , которая определяется как соотношение между объемами (массами) измельченного и поступившего на измельчение материала по каждой фракции.

В качестве основного показателя функционирования вибрационной мельницы испольэовалэсь величина вероятностч обслуживания требований р 0^сл , которая по физическому смыслу совпадает с величиной эффективности измельчения Е

Для теоретического описания работы мельницы была составлена рвсчетнея схема процесса измельчения в вибрационной мельнице без аспирационного устройства, функционирующей кш: система массового обслуживания (рис.1). На вход в помольную камеру поступает простейший :тоток материала с интенсивностью Л • Интенсивности простейших потоков, поступающих на обслуживание пу^ментарныыи СМО -• мелющими телами (шарами), могут различаться по величине н

- ? -

период неустановившегося режима работы мельницы (период разгона и остановки, неритмичной подачи материала'1. Это различие обусловлено неравномерностью поступления материала по всему сечению мельницы, а также возможностью обмена (перехода') частиц между соседними СМО.

Опыт эксплуатации вибрационных мельниц, а также исследования, проведенные в области вибрационного изпельчения.показали, что в условиях стационарного режима работы вибромельницы обмен частицами и мелющими телами в вертикальном направлении практически отсутствует. Мо,<но считать, что нол'/чество материале, поступившее на обслуживание (измельчение1 к одной элементарной СМО, равно количеству материала, поступившему к другим СМО, расположенным в плоскости поперечного сечения камеры. Работа к?ждого -го мелющего тела характеризуется его производительностью и интенсивность») ухода его из зоны измельчения. Значения >) = I присваиваются всем шарам, находящимся у стенки помольной камеры, ^ = 2 - шарам, расположенным над нижним слоем,и т.д.

Таким образом, зная размеры камеры, шаров и частиц готового продукта и задавшись величиной производительности мельницы, можно определить производительность одного мелющего тела (шара1* в любой точке объема помольной камеры, что даст возможность получить значения амплитуды и частоты колебаний камеры, ее длину, обеспечивающие требуемую эффективность измельчения с наивысшей производительностью.

В соответствии с описанной выше схемой работы вибрационной мельницы как СМО объем материала поступает на обслуживание (измельчение К -и слоем шаров) только тогда, когда предыдущие слои "заняты" обслуживанием ранее поступающих требований - объемов материала. Ранее доказано, что устройства упорядоченной СМО образуют полнодоступШЯ пучок, для которого справедлива формула Эрланга

где г« - вероятность занятия всех К устройств;

- интенсивность поступающего потом; ^ - производительность одного кара;

- текущий параметр;

- коэффициент восстановления скорости шара.

Для проведенич расчетов формулу (31 более удобно представить в сл^дуигп^м виде;

- Усчч+1)), ,.„

Прг- достаточно большх К значение Я. 1 '[)) т ^

Значения К ( К 5 "^/(Т- ^']/)] табулированы при значениях

В реальных условиях продвижение определенного количества (объема) материала по помольной камере вибромельницы происходит за конечный промежуток времени. Следовательно, необходимым п достаточным условием для обслуживания (измельчении) является не только наличие "свободных" гааров, но и присутствие материала в помольной камере. Таким образом, условием измельчения является "незанятость" шаря п момент прохождения около него материала.

Установлено, что на слой шэров действует пуассоновский поток требований с интенсивностью

^г-^Чм (Г,)

где ~ производительность слоя шаров;

^ - интенсивность ухода объема материала из-под обслуживания.

Тогда формула (41 принимает вид

где р,.

Вероятность потерь в СМО, содержащей ^ слоев шаров, в соответствен с формулой (7) принимает вид

(И-Р*..*!- «О'^ЛА^Г)- «"

На вхсд в помольную камеру поступает простейший поток материала с интенсивностью " . Искспе яснельчения в первом слое паров с производительностью ГЛ интенсивность ухода из-под обслуживания

Г^^-Т^. (9)

Так как измельченный материал не удаляется из помольной камеры, то он поступает на обслуживание (измельчение) вторым слоем гааров. Величина определяется следующим выражением;

Соответственно

Данные зависимости получены из условия равенства нроквводи-тельностей слоев, что очевидно, учитывая равенство механических п технологических параметров слоев.

Вероятность занятости К шаров в слоо при К » И » где ГЬ - число шаров в слое,

РквР(Г;«). (12)

В результате применения математического аппарата теории массового обслуживания была получена система дифференциальных уравнений, описывающих функционирование СМО:

Ро'И-Ш^-Р.М^а-РоИ; (13)

(14)

__ л (15)

где Рсвероятность того, что а данный момент врешни п , ^ "свободны" от обслуживания все шары; Тк ум- вероятность того, что в дажуй момент "заняты" П-шаров, т.е. измельчение в этом слое не происходит. Данные уравнения отражают вероятности (Я характер процесса измельчения в вибрационной мельнице.

Условие нормировки представлено в следующем виде:

: 2Рк=1. <ш

к<1

Решение уравнения (14) с учетом (6) имеет вгд

Ркв 1 - Ф* - ] • (17)

Эффективность измельчения Р овся

I 1н'|

Таким образом, задавшись требуемой производительностью мель ницы ^ , эффект»;! ностыо измельчения р ()(5сл и зноя коэффи циент демпфирования скорости шаров X , мсжно рассчитать производительность одного слоя тавров, при кот срой процесс измельчения -1удет идти с наибольшей интенсивностью при требуемом количестве готового продукта.

Наличие аспирапиокного устройства обуславливает изменение параметров вибрационной мельница, функционирующей как СМО. Расчетная схема процесса измельчения в вибрационной мельнице с ас-пираиио1Шым устройством показана на рис.2.

Поток материала с интенсивностью Л поступает в первую по мольную камеру, снабженную эспираиионным устройством. Аспирапиом ное устройство Функционирует таким образом, что частица материала, достигшая размера I мм,выносится из помольной камеры. Этот процесс характеризуется интенсивностью ухода из-под обслуживания Фракций готового продукта ty1^ ( I = 1,2,). После первой помольной камеры материал поступает в аспирпционную камеру, откуда фракции готового продукта с эффективностью более 90% удаляются из мельницы. Более крупные фракции поело аспирации попадают во вторую помольную камеру, также снабженную аспиряционннм устройством.

Основная идея работы вибрационной мельницы с аспиряционннм устройством заключается в удалении из зоны измельчения фракций готового продукта. Твкии'об^зом. То^е какдого слоя-из мелйтш уносится объем материала г. интенсивностью

Чг = J4 • (191

На вход в помольную кэмеру поступает простейший поток с интенсивностью Л . После измельчения в первом слое шаров с производительностью интенсивность ухода ия-поп обслуживания

llr-VT--JI- П/г (ЯП

или с учетом (19^

г, - v

'Так как после ини»льчрннп вторим слоем гоаров также происходит удаление частиц готопого продукта, то

- u

Рис. 2. Расчетная схема процесса измельчения в вибрационной мельнице с аспира-циониым устройством, функционирующий как система массового обслуживания

Сравнение формул (III и (21) показывает, что процесс иа-иельчения в вибрационной мельнице с аспирационным устройством идет быстрее, чем в мельнице бьз аспирацйонного устройства. Особенно заметна эта разница с уменьшением величины фракций готового продукта (при тонкой и сверхтонком помоло) в связи с уменьшением коэффициента 'Ь . На основании (17) вероятность "занятости" К шаров в слое с учетом (20) имеет вид

к П ЧЧШ^Гм J

а эффективность измельчения р оСсл

Как видно из формул (18) и (231) при прочих равных условиях значение функции в формуле (23) меньше, чем в формуле (Г8).

Это говорит о том, что производительность одного слоя шаров выше у мельницы с аспирацисннмм устройством.ОбгяснёнйеГсостоится"той, что при удалении готового продукта из зоны измельчения, во-пер-ьых, повышается коэффициент демпфирования скорости шаров t, , что повышает производительность слоя и мельницы в целом. Во-вторых, вся энергия, подведенная к мелющей загрузке, расходуется ня измельчение частиц материала, размер которых больше требуемого, в то время как в мельнице без аспирационного устройства значительная часть энергии расходуется на измельчение мелких фракций, что приводит к лереиэмельченип материала.

Для изучения влияния конструктивных и технологических параметров вибрационной мельницы с аспирационным устройством на ее производительность с требуемой эффективностью измельчения был спроектирован и изготоплен экспериментальный стенд вибромельницы.

С целью уменьшения количества опытов при сохранении точности эксперимента, для определения влияния различных факторов по силе воздействия и направлению изменения фактора необходимо усыновит,. относительный уровень значимости каждого фактора.

Л|ализ литературы и области вибрационного измельчения материалов поанолил счелн'.'Ь №>он о юн, чго на производительность мельнип влияют слеаупшк; (fa; торн:

А - аншштуаа кол< бгши'" помольнсР камеры;

СО - частота кп::вбнниМ шмелиной каперы;

с( г - средний диаметр частиц исходного продукта; с(ш - диаметр тара; с!к - диаметр камеры;

- коэффициент заполнения шарами; Ь - длина камеры.

В связи со снабжением мельницы аспирационным устройством на ее производительность, естественно," будет" влиять расход воздуха б •

Для сокращения числа факторов предварительно была проведена их классификация по уровню значимости.

В качестве функции отклика или параметра оптимизации производительность удовлетворяет требованиям, предъявлявши к этоцу параметру в теории планирования эксперимента.

Для планирования эксперимента был использован метод симплекс-планирования, позволяющий искать оптимум с учетом нескольких критериев. Этот метод позволил определить максимальное значение производительности при требуемой эффективности измельчения и получить уравнение регрессии

Ц=-5,1655г+ 6,964 в2-2,534 Б" 0,0004*со* <-0,10? о --0,002012+0,061 с1ц+ (-4,5*19 £э+ \1,ЧЧ0 1г ~

+ (241

Кроме основного уравнения регрессии были получены зависимости производительности от отдельных параметров мельницы:

~!>, №535 + 8,964 З2-2,534 3 <- 3,411; О =-0,0004*сОг + 0,107- с0 542.; (26)

Ц = -0,002+ 0,061 с1ш 246; 0= (-4,5^9 6*+ 440 -?,8а6 £)/(>-1)+ 1,295. (2П

В частности, установлено, что;

- производительность вибрационной мельницы с аспирационным устройством увеличивается по логарифмической зависимости при увеличении длины камеры и достигает своего максим/ма в момент, когда псе частицы материала измельчаются до требуемой фракции и уносятся аспирационным устройством;

- производительность вибрационной мельницы находится в параболической зависимости от расхода воздуха в аспиряпионном устройстве , причем для каждой фракции измельчаемого материала имеется одно значение расхода воздуха, при котором производительность достигнет максимума;

- для каждой фракции измельчаемого материала существуют оптимальные значения диаметра шара и частоты колебаний помольной камеры, при которых процесс измельчения происходит с наибольшей производительностью;

- производительность всех слоев мелющих тел, расположенных

в плоскости, перпендикулярной оси камеры, одинакова и зависит при прочих равных условиях от интенсивности потока исходного продукта.

Важным фактором, влияющим на производительность, является коэффициент заполнения мелющими телами помольной камеры. Установлено, что рост коэффициента заполнения приводит к увеличению производительности. Вместе с тем при достижении коэ^фициентои заполнения определенной величины (обычно большей 0,9) наблюдается резкое падение производительности.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что при диаметре камеры 200 мм ее длина должна составлять 240-260 мм (при измельчении шарами диаметром 20 Увеличение диаметра шаров негативно сказывается на эффективности измельчения. Так,при тех ~е условиях при измельчении тарами диаметром 40 мм требуется камера длиной 450-600 мм, что увеличивает энергоемкость и снижает качество готового продукта.

На рис.3 изображена диаграмма распределения гранулометрического состава готового продукта после измельчения в вибромельнице.

Анализ зависимостей показывает, что измельчение лучше вести шарами малого диаметра при частоте колебаний поиольной камеры СО я IЮ-130 С-1.

При угле наю^на поиольной камеры oL. = 6Ю° и СО = НО СГ* наблюдается значительное расхождение грансостава конечного продукта с ГОСТом. Это вы&ваяо малым временем пребывания материала в помольных барабанах. При = 15 грансостав близок к тре-

буемому ГОСТои, но все же имеет место переизмельчение продукта. 1лн получения s ре бу ё мо г сГгра нсо ста в а о птий л еа ~ оС * 20°. •

Анализ грансостава коночного продукта в помольных камерах различней длины позволил получить зависимости производительности от длин помольной камзрп прл измельчании материалов с различной плотное'Ы>. Установлен j, что при про?отпенни материала вдоль помольной КЕц.рн до определенного расстоянн i припая производительности резко о ¡чедляет свой рос т и ппеврпамчсн :> прямую, параллельную »«•и, на «оторой отнлал'л'яу'и н зшитнин «лини itavoju. При атом чем

Н> tll.ii.f I IDTIUHVIt, VOTf 1 .',■.. iPfl . "4M 6[>Л»1!У. ПрП1Г.:»ОШИпЯ> HWTI..

Л» 15"

cU60e U) = 110 с"1

¿ = ¿0° (л) = 110 c_í

-S+3-3+1 -1+0,25-0,25+0 -5+3 -3-1 -1*0,25 -0,25+0 -5+3 -3+t -1*0¿5-0,25+0

Рис.3. Гранулометрический состав готового продукта при измельчания в вибрсмельнящэ

Установлено, что удельная энергоемкость вибромельниц с небольшой массой загрузки меньше, чем у вибромельниц с большой массой загрузки. Таким обрезом, с точки зрения энергетики процесса целесообразно устанаьливьгь вместо одной мельницы с большим диаметром камеры несколько мельниц с мал1™ диаметром камер, суммарная производительность которых равна производительности мельницы с большим диаметром каперы, а суммарная потребляемая мощность, а значит, и энергия меньше.

Анализ экспериментальных зависимостей покапал, что с уменьшением тонины помола мощность, потребляемая мельницей, увеличивается, причем особенно быстрый рост мощности происходит при измельчении материала до среднего размера частиц - I мм.

Для изучения влияния аспирации частиц готового продукта на коэффициент восстановления и частоту соударений шаров в помольной камере были осуществлены непосредственные измерения скорости и частоты соударений шаров путем помещения в них вибродатчиков.

Коэффициент демпфирования скорости определялся по формуле

/? = ПГм 17Гш t (29)

где - скорость шара при работе мельницы с материалом;

г' ш - скорость шара при работе мельницы без материала.

Доказано, что чем меньше размер частицы, тем больше проявляет материал свои демпфирующие свойства - коэффициент демпфирования становится меньше, кроме того",-чём ыаньшэ часгота колебаний камеры, тем падение скорости за счет проявления демпфирующих свойств материала происходит быстрее. Кроме того, частота соударений шаров в поме, .ьной камере вибромельнкш увеличивается по параболической зависимости с ростом частоты колебаний помольной камеры.

Сравнительный анализ зависимостей, описанных выше, представлен на рис. 4, 5, 6. ЬпкныЙ вывод был сделан на основании анализа зависимостей, Тредс:;а¥ленных на рис, 4. Из графиков видно, что максимальная производительность вибромельницы с ас-пираппочным устройством достигается при меньшем значении коэффициента заполнения каморы мелющими толами по сравнению с мельницей баэ аспирационного устройства. Уменьшение величины коэффициента заполнения на 10-1?Х (как это следует из рис.41 Значительно снижает количество, а следовательно^ и массу шарсв, что уменьшает металлоемкость конструкции и снижает нагрузки на подтип никл.

а

т/ц

м

У

V 1,5

1,?

ч —V \

И у к й

А V ч! / \\

л (л \ / / ■ \ \\\

/ / / / / \ \

0,6

0,7

0,8

0,9

I - по В.А.Балаяну;2, - по Б.П.Красовскому; по исследованиям автора: 3 - без аспирации, 4 - с аспирацией

Рис. 4. Зависимости производительности от коэффициента заполнения

%

1.7

1,6 1,5 1,1 1,3

1 /С

А

/ /X ,3.

\\\

* \\ \ V.

25 30 с(ш,мм

5 (0 15 20

I - по В.А.Балаяну; 2 - по Б.П.Красовскому; по исследованиям автора: 3 - без аспирации, 4 - с аспирацией

Рис. 5. Зависимости производительности от диаметра шара - 18 -

Анализ рассмотренных зависимостей, а также кривых, представленных на 5, позволяет сделать вывод о том, что расчет основных параметров мельницы, выполненный с учетом вероятностного характера процесса измельчения и с применением математического аппарата теории вероятностей (в данном случае теории массового обслуживания1!, произведен точнее, чем определение основных параметров мельницы, выполненное по метопикам других авторов. Это позволяет получить выигрыш в металлоемкости, габаритах, надежности мельницы при использовании в ней аспирационного устройства, а также повисить качество готовой продукции.

О снижении мощности, расходуемой мельницей на измельчение при применении аспирационного устройства, свидетельствует анализ кривых, представленных на рйо. 6. При этом необходимо отметить, что при применении аспирации готового продукта из зоны измельчения часть мощности расходуется приводом вентилятора, кроне того ¿"чей" крупнее фракция готового продукта, тем больше расход воздуха в аспирацнонном устройстве и тем больше мощность, расходуемая приводом вентилятора. Таким образом, при определенной величине фракции готового продукта наступает момент, когда мощность, потребляемая приводом вентилятора, начинает превышать мощность, сэкономленную при измельчении с применением аспирационного устройства,и общая потребляемая мощность, а следовательно, и энергоемкость установки повышается.

Анализ зависимостей показал хорошую сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований. Отклонение экспериментальных^ кривых от теоретических не превышает 10%, что вполне приемлемо для 1тнженерных задач и расчетов. Таким образом, математическая модель, разработанная на основе использования основных положений теории массового обслуживания,с достаточной степенью точности описывает реальнне процессы, происходящие в помольной камере вибромельн.щи.

В результата проьепенштх исследований разработана методика расчете основных параметров вибрационной мельницы с аспирацион-ным устройством, по которой была построена номограмма определения осктвных параметров (рис.7).

Mf годика расчета основных параметров кельнкда принята к ис-пользог: нию ПО "1осфат11" при разработки опытно-промышленного образца г бромелышш для получения фосфоритной муки. Расчета^ го-повой экономический э№-кт от исполъзщ аиия методики составляет 473S0 ¡76.

- Уч -

и

К0т

г,о 1.5 1,0 0,5

\ \ 4

\ \ \

\ А \3 Ч {

N Ч

с1г,ММ

I - по В.А.Еалаяну; 2 - по Б.П.Красовскому; по исследованиям автора: 3 - без аспирапии, 4 - с аспирацией

Рис. 6. Зависимости мощности, потребляемой мельницей, от среднего размера частиц готового продукта

¿г.н. ск 5 с1г.к. ми мм мУс мм

-ко +чоо гл 4з

сАш ик 1_к N Материал

УгОАЬ

¡.Мзмстняк

о,з +о +0,9 4ю П150 Ю—^ Гранит

' — — - исходные параметры —— - определяемые параметры Рис. 7. Номограмма определения основных параметров мельницы - 20 -

ЗА1ШЛМ1ИК

И Иис^е^'гышонний работе 11вИ0 повои решешш актуально!! научной аидачи обоснования параметров вибрационной мельницы с аспирационным устройством для поылиения производительности мельницы и качества готовой продукции, а также снижения энергоемкости и улучшения экологических параметров процесса. Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Перспективным типом оборудования для тонкого измельчения горных пород является вибрационная мельница с аспирационным устройством.

Использование мельниц данного типа целесообразно для измельчения материала до фракции I мм.

2. Разработана математическая мо^ ль процесса вибрационного измельчения, отличающаяся тем, что на основе использования математического аппарата теории массового обслуживания,' она учитывает его вероятностный характер, сложный фракционный состав исходного материала и ограниченное время пребывания материала в зоне измельчения, что позволяет повысить точность определения параметров, повысить производительность и снизить энергоемкость.

3. Время измельчения материала в вибромельницо изменяется по показательному закону в зависимости от величины среднего диаметра частиц готового продукта, причем разница между математическими ожиданиями времени измельчения в вибромельнице с аспирационным устройством и без него увеличивается по гиперболической зависимости с уменьшением величины среднего диаметра частиц готового продукта.

4. Частота соударений шаров в помольной камере вибромельницы увеличивается по параболический зависимости с ростом частоты

Iолебаний помольной камеры.

. 5. Производительность всех слоев мелющих тел, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси камеры, одинакова и зависит при прочих равных условиях от интенсивности потока исходного продукта.

Основные ПОЛОЖвНИЯ ДИСь^ ртвции опубликованы в следути, х работах:

1. Ееряансний А.П., Дмитрак С.В. К вопросу о совершенствовании конструкций вибрационных мельниц для тонкого и сверхтонкого измельчения минерального сырья,// Совершенствование конструкции,

технологии изготовления и эксплуатации горного оборудования и средств автоматизации : Тр. Междунар. межвуз. науч.-практ. конф. 19-23 октября 1992. - М.: МГИ, 1992, с.81-85.

2. Вержанский А.П. Анализ путей повышения качества продукции и снижения энергоемкости процесса при измельчении в вибрационных мельницах /Деп. в горном бюллетене, - М.: ИАЦ ГН, 1993, № 2, 6 г.

3. Доброборский Г.А., Вержанский А.П., Дмитрак Ю.В. К вопросу об исследовании процесса измельчения материала в вибрационной мельнице /Деп. в горном бюллетене, - М.: ИАЦ ГН, 1993, * 2, 3 г.

Л. Доброборский Г.А., Вержанский А.П., Дмитрак Ю.В. К вопросу об определении взаимосвязи факторов и уровня их влияния на производительность вибрационной мельницы / Деп. в горном бюллетене, -Ы.: ИАЦ ГН, 1993, » 2, 4 с.

5. Вержанский А.П. Определение коэффициента демпфирования и частоты соударений шаров в помольной камере вибромельницы / Деп.

в горном бюллетене,- М.: ИАЦ ГН, 1993, № 2, б с.

6. Доброборский Г.А., Вержанский А.П., Дмитрак Ю.В. Определение закона распределения времени измельчения материала в вибрационной мельнице / Деп. в горном бюллетене,- М.: ИАЦ ГН, 1993, * 2, 7 с.