Эффективность очистки СОЖ от частиц размером менее 5 мкм в кассетном патронном магнитном сепараторе Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

вода со смываемым осадком. Для обеспечения ламинарности движения жидкости, поступающей на очистку, предусмотрены распределительные решётки. В нижней части ёмкости 1 расположен конвейер 12 для удаления осадка, падающего на дно. Во избежание разбрызгивания и попадания осадка в ёмкость установлены защитные экраны 13.

СГО (см. рис. 4) работает следующим образом. Очищаемая СОЖ через коллекторы (на рис. 4 не показаны) поступает в ёмкость 1 через распределительные решётки с небольшой скоростью движения (10 ... 20 мм/с) для обеспечения эффективного процесса седиментации. Частицы шлама оседают на горизонтальные пластины 3, по окончанию рабочего цикла (длительность которого достигает 1000 ч и более) накапливается слой осадка толщиной 0,1 ... 0,3 расстояния между пластинами в пакете. Платформа 4 вместе с пакетом пластин поднимается и упирается в ролик 9; происходит поворот всего плаката вокруг осей 6 и 7, пластины принимают наклонное положение, лоток 10 откидывается, смываемый с пластин 3 шлам попадает в сливной лоток 11 и далее в бак для грязной жидкости. После очистки платформа движется вниз, пакет пластин поворачивается вокруг осей 6 и 7 за счёт силы тя-

жести, пластины принимают горизонтальное, а лоток 11 - вертикальное положение. Далее описанный цикл повторяется.

Для увеличения производительности и качества очистки СОЖ рекомендуется использовать параллельное или последовательное расположение необходимого количества пакетов. Если необходимо увеличить производительность, то используют параллельное расположение таких пакетов, для улучшения качества очистки - последовательное.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием : справочник / под общ. ред. Л. В. Худобина. - М. : Машиностроение, 2006. - 544 с.

2.Булыжёв, Е. М. Тонкослойный гравитационный очиститель / Е. М. Булыжёв, ТУ1. Е. Краснова, Н. Н. Наумова // Вестник УлГТУ. - 2006. -№ 3. - С. 34-35.

Краснова Марина Евгеньевна, аспирант кафедры «Технология машиностроения».

УДК 621.923.045 Н. н. НАУМОВА

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СОЖ от ЧАСТИЦ РАЗМЕРОМ МЕНЕЕ 5 МКМ В КАССЕТНОМ ПАТРОННОМ МАГНИТНОМ СЕПАРАТОРЕ

Обоснована целесообразность применения многорядных кассетных патронных магнитных сепараторов для очистки СОЖ от частиц размером, менее 5 мкм. Представлен расчёт степени очистки СОЖ в таких сепараторах с учётом магнитной коагуляции шлама. Исследовано влияние концентрации механических примесей в СОЖ\ скорости её движения в рабочем зазоре и расстояния между патронами в рядах на эффективность сепарации.

Ключевые слова: кассетный патронный магнитный сепаратор, очистка СОЖ.

Многочисленными исследованиями и производственным опытом доказано, что на эффективность технологических операций механической обработки (в особенности, абразивной) существенное влияние оказывает чистота СОЖ, и, прежде всего, содержание в ней механических

© Н. Н. Наумова, 2006

примесей, так как загрязнение СОЖ отходами обработки значительно снижает качество обработанных деталей.

ГОСТ Р 50558 устанавливает нормы чистоты водных СОЖ, применяемых на операциях круглого наружного и плоского шлифования периферией круга. Допустимая концентрация механических примесей размером 5 мкм и менее в

СОЖ на операциях окончательного шлифования составляет ОД г/л [1], причём чем меньше размер частиц, тем большая концентрация их допускается. Однако это требование трудно обеспечить: проблема заключается в постепенном накоплении мелких (тонких) частиц в СОЖ при эксплуатации вследствие недостаточной эффективности очистителей, так как пока на рынке нет эффективной и доступной по цене техники очистки жидкости от мелкодисперсных механических примесей.

На практике степень очистки СОЖ от магнитных примесей в кассетном патронном магнитном сепараторе (КПМС) составляет 95...99 %. При анализе зависимости степени очистки СОЖ с от размера частиц й было установлено, что при отделении частиц размером менее 5 мкм в однорядных патронных магнитных сепараторах 8 не превышает 10... 12 %. Это объясняется тем, что КПМС очищает СОЖ от агрегатов, которые образуются вследствие магнитной коагуляции. Частицы размером 5 мкм и менее при накоплении образуют в жидкости концентрированную суспензию с содержанием механических примесей до 2 и более граммов на литр.

В связи с вышеизложенным представляет существенный интерес исследование возможности очистки СОЖ от частиц размером 5 мкм и менее с помощью КПМС, которые отличаются от ранее разработанных [1, 2] наличием трёх - четырёх рядов патронов в кассете с переменным шагом патронов в рядах (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения патронов в кассете КПМС: АI, А2, АЗ, А4 - расстояние между патронами (А 1 > А2 > АЗ > А4)

Математическое моделирование процесса патронной магнитной сепарации СОЖ от одиночных частиц представлено в монографии [2]. Рассмотрим процесс очистки СОЖ от частиц размером менее 5 мкм с учётом их накопления и коагуляции.

Механические примеси состоят из магнитных и немагнитных одиночных частиц и агрегатов. Содержание немагнитных частиц в шлифовальном шламе составляет для средних условий шлифования 10... 12 % [3]. До 20 % таких частиц включаются в состав агрегатов, удаляемых в КПМС. Остальные целесообразно удалять на последующих ступенях системы очистки СОЖ (например, в тонкослойном гравитационном очистителе) [4]. Содержание в шлифовальном шламе одиночных магнитных частиц размером 5 мкм и менее, как показало исследование гранулометрического состава шлама фотоседимёнта-ционным методом [3], не превышает 1...3 %, поэтому ими можно пренебречь. В настоящей работе внимание концентрируется на рассмотрении процесса очистки СОЖ от агрегатов. Результаты фотоседиментационного анализа гранулометрического состава коагулированного шлама, полученные при круглом наружном шлифовании заготовок из стали 40Х9С2 и содержащегося в загрязнённой СОЖ, представлены на рис. 2.

Как видно из рис. 2, а, 85...97 % механических примесей по количеству составляют частицы размером 1,. .3 мкм, тогда как концентрация таких частиц не превышает 1...3 мг/л. (рис. 2, б). В то же время 95...99 % по массе составляют агрегаты, количество которых невелико - всего 3... 15 %.

Эффективность очистки СОЖ от агрегатов в магнитных полях зависит от конструкции зоны сепарации, напряжённости магнитного поля, скорости движения V очищаемой жидкости через зазор между магнитными патронами, исходной концентрации механических примесей в жидкости си, относительной массы Сф ферромагнитных примесей в общей массе примесей, магнитной восприимчивости частиц или агрегатов в механических примесях параметров, характеризующих гранулометрический состав примесей.

Для выявления влияния количества рядов на эффективность очистки рассмотрим изменение концентрации шлама в СОЖ при магнитной очистке в КПМС (рис. 3).

Степень очистки (%)

£ = (!-—)• 100, (1)

где с(), си - соответственно концентрация шлама в очищенной и исходной (загрязнённой) СОЖ.

П;

1,0

0,8

0,6 0,4 0,2

.од

о

С;

25

мг/л

15

10

,агр

20

40

M км

80

di

а

О 10 20 30 40 50 мкм 70

Рис. 2. Зависимость частости щ (а) и массовой концентрации Ci (б) частиц /-й фракции в шламе от их

среднего размера d{. СОЖ - 5 %-ная эмульсия АРС-21 (ТУ 0258-001-25397553-2002); средний

размер частиц dl =1,5 мкм; содержание ферромагнитных частиц по массе Сф = 97 %; исходное содержание шлама в СОЖ си = 0,125 г/л

с — с +с

О О 5

где

.од

со > СТ - соответственно

одиночных частиц и агрегатов СОЖ.

(2)

концентрация в очищенной

eT-P-vO-e«),

агр

(3)

где - р степень магнитной коагуляции (определяется по зависимости (5.12) в [3]): является функцией содержания ферромагнетика в шламе Сф, размера частиц с1ш, напряжённости магнитного поля Н, концентрации механических примесей в жидкости Си; г^ - расчётная степень

очистки СОЖ от агрегатов.

^=(1-р)-с„-0-евд), (4)

где е^ - расчётная степень очистки СОЖ от

одиночных частиц.

С увеличением концентрации примесей в СОЖ от 1 до 200 мг/л происходит резкое возрастание степени очистки - от 32 до 85 % для четырёхрядного КПМС (рис. 4). При дальнейшем увеличении концентрации возрастание в замедляется и при с = 1000 мг/л достигает 91 %. Для однорядного КПМС резкое увеличения е наблюдается также в этом диапазоне (степень очистки изменяется от 13 до 24 %). Это объясняется тем. что при увеличении концентрации примесей в СОЖ образование агрегатов становится более интенсивным и, следовательно, эффективность сепарации увеличивается.

Магнитная восприимчивость шлама % характеризуется крупностью, материалом частиц и напряжённостью магнитного поля. При расчётах принимаем: для агрегатов х = 0Л; для одиночных частиц - % = 0,4 [3], в этом случае обеспечивается сходимость значений степени очистки е, определённых компьютерным моделированием и экспериментально.

и

1

с-с

и.

Рис. 3. Схема изменения концентрации магнитных примесей в СОЖ при прохождении через 4 ряда патронов: 1,2, 3, 4 - номер ряда патронов; си, , с„з, си< - исходная концентрация механических примесей в

жидкости на входе в первый, второй, третий, четвёртый ряд патронов соответственно; с^ , с^ , с0?, с<и , са -

концентрация механических примесей в очищенной жидкости на выходе из первого, второго, третьего, четвёртого ряда патронов и из КПМС соответственно ( си > с^ > с„з > си<; са=си)

О 10 20 30 40 мкм 80

а -►

Рис. 5. Зависимость степени очистки СОЖ 8 от размера частиц (1: 1,3- однорядный; 2, 4 - четырёхрядный КПМС; V = 0,015 м/с, В = 30 мм, А = 24 мм. 1, 2 - х = 0,1; 3, 4 - х = 0,4; 1,3 и 2, 4 - Н соответственно 500 и 2000 А/м

0 200 400 600 мг/л 1000

с-►

Рис. 4. Зависимость степени очистки е от концентрации с шлама в СОЖ при магнитной сепарации: 1,2 — КПМС соответственно с четырьмя и одним рядом патронов. Остальные условия см. в подписи к рис. 2

Зависимость степени очистки СОЖ от размера частиц,- показанная на рис. 5, позволяет проанализировать влияние магнитной восприимчивости шлама и многорядности КПМС на эффективность сепарации. На участке d = 0...10 мкм максимальная степень очистки достигается при очистке СОЖ от частиц с % = 0,4 в четырёхрядном КПМС, наименьшая - при % = 0,1 в однорядном КПМС.

Существенно влияет на степень очистки скорость движения СОЖ v (рис. 6). Как и следовало ожидать, при v > 0,05 м/с е, естественно, ниже, чем при v < 0,05 м/с. Однако, как следует из рис. 6, при v > 0,05 м/с не наблюдается такого резкого падения 8, как при увеличении v с 0,005 до 0,05 м/с. В диапазоне v = 0,01 ...0,025 м/с степень очистки СОЖ в многорядных сепараторах уменьшается с 99 до 85 % (кривая 2).

При определённом значении v и заданной площади S поперечного сечения КПМС производительность очистки СОЖ в КПМС Q определяется из выражения:

0 = 3600-v-S-A^, (5)

где кж - коэффициент «живого» сечения.

(6)

где SJlc - минимальная площадь сечения между патронами.

Зависимость (5) позволяет связать между собой качество очистки и производительность КПМС, поскольку величина v определяет значение 8.

Рис. 6. Зависимость степени очистки s от скорости

протекания СОЖ через рабочее пространство КПМС: 1,3- однорядный; 2, 4 - четырёхрядный.

Остальные условия см. в подписи к рис. 5

На степень очистки СОЖ влияет расстояние между патронами А в ряду (рис. 7). При увеличении А с 2 до 10 мм (кривая 1) 8 уменьшается с 75 до 15 %, т. е. в пять раз. В то же время при очистке СОЖ в четырёхрядном сепараторе при прочих равных условиях (кривая 2) 8 снижается с 95 до 85 %, т. е. всего в 1,17 раза. Следовательно, при многорядном исполнении КПМС эффективность очистки СОЖ от частиц размером менее 5 мкм в меньшей степени зависит от расстояния, между патронами.

%

60 40

20

•

2 \

1

»

0

10 20 А

30

мм

50

Рис. 7. Зависимость степени очистки СОЖ £ от расстояния между патронами А (см. рис. 1): 1 - однорядный; 2 - четырёхрядный КПМС. V = 0,015 м/с, X = 0,1; 1, 2 - Н соответственно 500 и 2000 А/м

Таким образом, в результате исследований установлено, что КПМС обеспечивают высококачественную очистку СОЖ от ферромагнитных частиц размером менее 5 мкм за счёт задания рациональных значений скорости движения СОЖ в рабочем пространстве сепаратора, количества рядов патронов и расстояний между патронами с учётом концентрации шлама в загрязненной СОЖ, размеров механических примесей, магнитной восприимчивости шлама и напряжённости магнитного поля. Практически все факторы определяются на этапе проектирования, только значением скорости V можно варьировать

при эксплуатации КПМС, обеспечивая при этом задаваемую величину степени очистки е.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием : справочник / под общей редакцией Л. В. Ху-добина. - М.: Машиностроение, 2006. - 544 с.

2. Булыжёв, Е. М. Ресурсосберегающее применение смазочно-охлаждающих жидкостей при металлообработке / Е. М. Булыжёв, Л. В. Худо-бин. - М. : Машиностроение, 2004. - 352 с.

3. Булыжёв, Е. М. Исследование возможности повышения эффективности обработки деталей шлифованием путём наложения магнитного поля на СОЖ, загрязнённую механическими примесями: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.08; защищена 12.12.1979 / Булыжёв Евгений Михайлович. - Ульяновск, 1979. - 311 с.

4. Булыжёв, Е. М. Тонкослойный гравитационный очиститель / Е. М. Булыжёв, М. Е. Краснова, Н. Н. Наумова // Вестник УлГТУ. - 2006. -№3-С. 34-35.

• й » • •

Наумова Надежда Николаевна, аспирантка кафедры «Технология машиностроения». Ведёт исследования в области технологий очистки

СОЖ.

■ ^

»