CC BY
5
УДК 621.762
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОРИСТЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ
ПНЕВМОТРАНСПОРТА СЫПУЧИХ СРЕД В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
А.Ф. Ильющенко, Р.А. Кусин, И.Н. Черняк, А.Р. Кусин, А.С. Стаселько, Е.Н. Еремин,
ВВ. Казак, В.П. Коржов
USE OF POROUS POWDER MATERIALS FOR PNEUMATIC TRANSPORT OF BULK
MEDIA IN CONSTRUCTION
A.Ph. Ilyushchanka, R.A. Kusin, I.M. Charniak, A.R. Kusin, A.S. Staselko, E.N. Eremin,
V.V. Kazak, V.P. Korzhov
Аннотация. Рассмотрена возможность применения пористых порошковых материалов на основе порошка оловянно-фосфористой бронзы марки БрО10Ф1 для пневмотранспорта сыпучих сред в строительстве. Приведены возможные варианты изготовления пористых проницаемых материалов для пневмотранспорта цемента, песка и других сыпучих сред в виде пластин и секций (воронок) и их свойства. Разработанные технологии позволяют производить пористые пластины до 550 мм шириной и до 1000 мм длиной с увеличением размеров при необходимости путем сварки или пайки, а также секции (воронки) различных габаритов. В широком диапазоне могут регулироваться свойства пористых материалов: размеры пор и проницаемость (от 20 до 200 мкм средние размеры пор
13 2 13 2
и от 30-10" м до 1000-10" м коэффициент проницаемости, соответственно).
Ключевые слова: пористые порошковые материалы; оловянно-фосфористая бронза; пневмотранспорт; сыпучая среда; цемент; песок.
Abstract. The possibility of using porous powder materials based on tin-phosphorous bronze powder of BrSn10F1 brand for pneumatic transport of bulk media in construction is considered. Possible variants of manufacturing porous permeable materials for pneumatic transportation of cement, sand and other bulk media in the form of plates and sections (funnels) and their properties are presented. The developed technologies make it possible to produce porous plates up to 550 mm wide and up to 1000 mm long with an increase in size, if necessary, by welding or soldering, as well as sections (funnels) of various sizes. The properties of porous materials can be regulated in a wide range: pore sizes and permeability (from 20 to 200 ^m average pore sizes and
13 2 13 2
from 30-10- m to 1000-10- m permeability coefficient, respectively).
Key words: porous powder materials; tin-phosphorous bronze; pneumatic transport; loose medium; cement; sand.
Введение
Пористые порошковые материалы (ППМ), основные эксплуатационные свойства которых обеспечиваются наличием разветвленной взаимосвязанной системой сквозных пор (каналов), являются особенностью порошковой металлургии. Эти каналы-поры обеспечивают такие свойства ППМ, как проницаемость для газов или жидкостей, способность к капиллярному транспорту жидкостей под действием капиллярных сил и фильтрующую способность. Несмотря на широкое распространение в технике, которое получили полимерные, бумажные, керамические материалы, ППМ достойно конкурируют с ними благодаря своему высокому комплексу свойств: они имеют хорошее сочетание пропускной способности и тонкости очистки, прочны, устойчивы к тепловым ударам, поддаются сварке, пайке и механической обработке, способны многократно регенерироваться различными методами; выбором соответствующего материала обеспечиваются необходимые коррозионная стойкость, жаростойкость и теплопроводность, что дает возможность эксплуатировать ППМ при высоких температурах и в агрессивных
http://vestnik-
;-nauki.ru
ISSN 2413-9858
средах, в том числе, например, при работе с кислотами, щелочами, агрессивными и раскаленными газами. Можно утверждать, что там, где необходима реализация физико-химических свойств, присущих металлам и сплавам, из которых ППМ изготовлены, альтернативы последним нет [1].
Все ППМ по характеру применения можно разделить на три группы: фильтрующие, капиллярно-пористые и материалы со специальными свойствами [1]. Наиболее многочисленной группой является первая, процесс эксплуатации изделий которой характеризуется наличием избыточного давления, прикладываемого к газу или жидкости, в результате чего последние проходят по поровым каналам, очищаются, гомогенизируются, разделяются, смешиваются, распределяются (фильтры, смесители, глушители шума, аэраторы, огнепреградители и т.д.). К этой группе относятся и рассматриваемые в данной работе материалы, используемые для пневмотранспорта сыпучих сред.
Целью настоящей работы является обмен опытом в области применения пористых порошковых материалов в строительстве.
Результаты и обсуждение
Для вспомогательных операций при транспортировании цемента и других пылевидных материалов серийно выпускают оборудование, работающее по принципу аэрации, при которой порошковый материал насыщается капиллярно распределенным воздухом и приобретает легкую подвижность (текучесть), близкую к текучести жидкости. К этой группе оборудования относятся аэрожелоба, загрузочные установки, аэрационные воздухораспределительные коробки и пневматические донные и боковые разгружатели [2-6]. Аэрожелоба предназначены для транспортирования с небольшим уклоном сухого порошкообразного материала как при подаче из одного пункта в другой, так и для распределения материалов по ряду пунктов, а также для сбора материала из ряда точек и подачи его в одну точку. Для автоматической загрузки автоцементовозов, крытых железнодорожных вагонов и вагонов-цементовозов из складов силосного типа используют загрузочные устройства. Аэрационные воздухораспределительные коробки предназначаются для оборудования днищ силосов и бункеров в целях обеспечения беспрепятственной и равномерной выдачи из них сыпучего материала за счет его аэрации. Пневматические донные и боковые разгружатели предназначены для регулируемой выгрузки сыпучих материалов из силосов с аэроднищами [7]. Аэрожелоб представляет собой трубопровод прямоугольного сечения, составленный из двух коробов (верхнего и нижнего), между которыми помещена пористая воздухопроницаемая перегородка (керамическая или тканевая), через которую подается воздух [7]. Принципиальная конструкция устройства представлена на рисунке 1 [8].
Рисунок 1 - Схема аэрожелоба: 1 - желоб; 2 - газораспределительное устройство;
3 - нагнетатель воздуха; 4 - питатель
Для изготовления пористых перегородок для пневмотранспорта с использованием аэрации сыпучих сред в [7] рекомендуется применять восьмислойный хлопчатобумажный ремень; шестислойную цельнотканую хлопчатобумажную транспортную ленту; четыре слоя брезента; капроновую ткань; ткань ТЛФТ-5Ц, бельтинг хлопчатобумажный Б-800 и В-820, керамику. Как показал наш опыт, эффективным материалом для указанных целей является пористый порошковый материал, изготовленный из порошков оловянно-фосфористой бронзы марки БрО10Ф1.
Разработанные технологии позволяют изготавливать пористые пластины для пневмотранспорта до 550 мм шириной и до 1000 мм длины с увеличением размеров при необходимости путем сварки или пайки. При этом в широком диапазоне могут регулироваться свойства ППМ: размеры пор и проницаемость (от 20 до 200 мкм средние
13 2 13 2
размеры пор и от 30-10" м до 1000-10" м коэффициент проницаемости, соответственно). Порошок оловянно-фосфористой бронзы, применяемый для производства ППМ для пневмотранспорта сыпучих сред обладает наилучшим сочетанием фильтрующих свойств по сравнению с другими порошковыми материалами. Внешний вид бронзовой пористой пластины приведен на рисунке 2, а фотографии поверхности и излома, сделанные сканирующим электронным микроскопом "Mira" фирмы "Tescan" (Чехия) на рисунках 3 и 4.
Рисунок 2 - Внешний вид бронзовой пористой пластины из порошка оловянно-фосфористой
бронзы для пневмотранспорта сыпучих сред
View field: 4 14 mm Det: SE 1 mm
PC: 10 5EM MAG; SO к Digital Microscopy Imaging
Рисунок 3 - Фотография поверхности пористой пластины из порошка оловянно-фосфористой бронзы
View field: 2.7G тгл Det: SE ¡PC: 10 SEM MAG: 75 *
Digital Mlcroscopy Imaglng G
Рисунок 4 - Структура излома ППМ из сферического порошка оловянно-фосфористой
бронзы
Разработанные пористые порошковые пластины на основе порошка оловянно-фосфористой бронзы в Институте порошковой металлургии имени академика О.В. Романа нашли применение на предприятиях АВ «Ákmenes Cementas» (Литва), ЗАО «Рыбницкий цементный комбинат» (Украина) для пневмотранспорта цемента.
Для пневмотранспорта сыпучих материалов могут применяться ППМ в виде секций (воронок) (рисунок 5). Размеры секций у основания достигают 780 мм по ширине и длине, высота конуса 332 мм, толщина боковой пластины из порошка бронзы 1,5 мм, и могут варьироваться при необходимости. Такие секции применяются в системе подогрева песка для изготовления холодно-твердеющей смеси и позволяют пропустить до 2000 тонн песка в год и установлены на Филиале ОАО «БЕЛАЗ» «Могилевский автомобильный завод» (Беларусь).
Рисунок 4 - Внешний вид секции из ППМ на основе порошка оловянно-фосфористой бронзы
для пневмотранспорта песка
Заключение
Приведены сведения об эффективном применении пористых порошковых материалов для пневмотранспорта сыпучих сред. Указаны диапазоны регулирования свойств (от 20 до
13 2 13 2
200 мкм средние размеры пор и от 30-10" м до 1000-10" м коэффициент проницаемости, соответственно), размеры получаемых из ППМ изделий, приведены структуры и внешний вид ППМ на основе порошков оловянно-фосфористой бронзы марки Бр010Ф1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ильющенко А.Ф., Кусин Р.А., Закревский И.В., Якимович Н.Н., Черняк И.Н., Кусин А.Р., Жегздринь Д.И. Порошковые фильтрующие материалы: управление структурой и свойствами и применение в сельском хозяйстве. Минск: Изд-во БГАТУ, 2018. 188 с.
2. Родионов Г.А., Бухмиров В.В. Система пневмотранспорта как объект исследования // Вестник Череповецкого государственного университета. 2013. Т.1. №1. С. 20-22.
3. Афанасьев А.И., Потапов В.Я., Костюк П.А., Макаров В.А. Краткий обзор пневматических устройств для транспортирования сыпучих смесей и процессов внутри них // Известия Уральского государственного горного университета. 2015. №3 (39). С. 28-39.
4. Дементиенко О.А., Панков А.О., Зиннатуллин Н.Х. Перспективы использования пневмотранспорта в режиме заторможенного плотного слоя в технологических процессах химической промышленности и смежных отраслей // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т.17. №5. С. 179-182.
5. Вайс Д., Хильшер И. Выбор пневматической системы транспортировки // Цемент и его применение. 2018. №4. С. 40-45.
6. Klinzing, G.E., Rizk, F., Marcus, R., Leung, L.S. Pneumatic Conveying of Solids: A Theoretical and Practical Approach. Springer, 2010. 435 p.
7. Калинушкин М.П., Коппель М.А., Серяков В.С., Шапунов М.М. Пневмотранспортное оборудование: Справочник. Под общ. Ред. М.П. Калинушкина. Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1986. 286 с.
8. Калишук Д.Г. ПиАХТ Лекции. Ч.1. Пневмо-гидротранспорт. [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.belstu.by/LK- 1-09^/_9ЛК_ПАХТ_ТЕХНОЛОГИ_ЧЛ_СВОЙСТВ А ЖИДК И ГАЗ_КАЛИШУК (дата обращения: 15.11.2021).
REFERENCES
1. Ilyushchanka A.Ph., Kusin R.A., Zakreuski I.V., Yakimovich N.N., Charniak I.M., Kusin A.R., Zhehzdryn D.I. Poroshkovye fil'truyushchie materialy: upravlenie strukturoj i svojstvami i primenenie v sel'skom hozyajstve. [Powder filter materials: structure and properties management and application in agriculture]. Minsk: BGATU Publ., 2018. 188 p.
2. Rodionov G.A., Byxmipov V.V. Sistema pnevmotransporta kak ob'ekt issledovaniya. [Pneumatic transport system as an object of research]. Vestnik Cherepovetskogo gosudarstvennogo universiteta. 2013. V. 1. No. 1, pp. 20-22.
3. Afanas'yev A.I., Potapov V.YA., Kostyuk P.A., Makarov V.A. Kratkiy obzor pnevmaticheskikh ustroystv dlya transportirovaniya sypuchikh smesey i protsessov vnutri nikh. [A brief overview of pneumatic devices for transporting bulk mixtures and processes inside them]. Izvestiya Ural'skogo gosudarstvennogo gornogo universiteta. 2015. No. 3 (39), pp. 28-39.
4. Dementiyenko O.A., Pankov A.O., Zinnatullin N.Kh. Perspektivy ispol'zovaniya pnevmotransporta v rezhime zatormozhennogo plotnogo sloya v tekhnologicheskikh protsessakh khimicheskoy promyshlennosti i smezhnykh otrasley. [Prospects for the use of pneumatic transport in the mode of a braked dense layer in technological processes of the chemical industry and related industries]. VestnikKazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2014. V. 17. No. 5. pp. 179-182.
5. Vajs D., Khil'sher Y. Vybor pnevmaticheskoy sistemy transportirovki. [Selection of a pneumatic transportation system]. Tsement iyegoprimeneniye. 2018. No. 4, pp. 40-45.
6. Klinzing, G.E., Rizk, F., Marcus, R., Leung, L.S. Pneumatic Conveying of Solids: A Theoretical and Practical Approach. Springer, 2010. 435 p.
7. Kalinushkin M.P., Koppel' M.A., Seryakov V.S., Shapunov M.M. Pnevmotransportnoye oborudovaniye: Spravochnik. Pod obshch. red. M.P. Kalinushkina. [Pneumatic transport equipment: Handbook. Under the general Ed. of M. P. Kalinushkin]. L.: Mashinostroyeniye. Leningradskoye otd-niye, 1986. 286 p.
8. Kalishuk D.G. PiAKHTLektsii. CH.1. Pnevmo-gidrotransport. [PAXT Lectures. Part 1. Pneumatic-hydraulic transport]. Available at: www.belstu.by/LK-1-09.pdf/_9LK_PAXT_TECHN0L0GI_4.1 _SVOISTVA ZIDKOSTEI I GAZOV_KALISHUK. (date accessed: 15.11.2021).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Ильющенко Александр Федорович Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургии, генеральный директор, Институт порошковой металлургии имени академика О.В. Романа, г. Минск, Беларусь, директор, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Лауреат Государственной премии Республики Беларусь, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, награжден медалью Франциска Скорыны и орденом Отечества III степени, Лауреат конкурса имени Первопечатника Ивана Федорова. E-mail: alexil@mail.belpak.by
Ilyuschanka Aliaksandr Phiodaravich State Research and Production Association of Powder Metallurgy, General Director, O. V. Roman Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus, Director, Doctor of Engineering Sciences, Professor, Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Honored Scientist of the Republic of Belarus, Laureate of the State Prize of the Republic of Belarus, was awarded the Francisk Skarina Medal and Order of the Fatherland of the third degree, Laureate of the competition named in honor of the first printer, Ivan Fedorov. E-mail: alexil@mail.belpak.by
Кусин Руслан Анатольевич Белорусский государственный аграрный технический университет, г. Минск Беларусь, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Технологии металлов», Лауреат Премии Совета министров СССР, Лауреат конкурса имени Первопечатника Ивана Федорова.
E-mail: 19081877@mail.ru
Kusin Ruslan Anatolyevich Belarus State Agrarian and Technical University, Minsk, Belarus, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Metal Technologies, Laureate of the Prize of the Council of Ministers of the USSR, Laureate of the competition named in honor of the first printer, Ivan Fedorov. E-mail: 19081877@mail.ru
Черняк Ирина Николаевна Институт порошковой металлургии имени академика О.В. Романа, г. Минск, Беларусь, заведующая научно-исследовательской лабораторией «Фильтрующие материалы», академический советник Международной инженерной академии, Лауреат конкурса имени Первопечатника Ивана Федорова. E-mail: irinacharniak@tut.by
Charniak Iryna Mikalaeyna State Scientific Institution «O.V. Roman Powder Metallurgy Institute», Minsk, Belarus, Head of the Research Laboratory «Filtering Materials», Academic Advisor to the International Academy of Engineering, Laureate of the competition named in honor of the first printer, Ivan Fedorov.
E-mail: irinacharniak@tut.by
Кусин Алексей Русланович Институт порошковой металлургии имени академика О.В. Романа, г. Минск, Беларусь, научный сотрудник, магистр технических наук научно-исследовательской лаборатории «Фильтрующие материалы», Лауреат конкурса имени Первопечатника Ивана Федорова.
E-mail: 2312444@mail.ru
Kusin Aleksey Ruslanovich O.V. Roman Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus, Researcher, Master of Technical Sciences of the Research Laboratory «Filtering Materials», Laureate of the competition named in honor of the first printer, Ivan Fedorov. E-mail: 2312444@mail.ru
Cmаселько Артем Сергеевич Институт порошковой металлургии имени академика О. В. Романа, г. Минск, Беларусь, инженер научно-исследовательской лаборатории «Фильтрующие материалы». E-mail: stase.artem@gmail.com
Staselka Artsiom Syargeyevich O.V. Roman Powder Metallurgy Institute, Minsk, Belarus, engineer of the Research Laboratory "Filtering Materials".
E-mail: stase.artem@gmail.com
Еремин Евгений Николаевич Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия, доктор технических наук, профессор, декан машиностроительного института, заведующей кафедрой «Машиностроение и материаловедение». E-mail: weld_techn@mail.ru
Eremin Evgeny Nikolaevich Omsk State Technical University, Omsk, Russia, Dean of the Machine-Building Institute, Head of the «Department of Mechanical Engineering and Materials Science», Doctor of Technical Sciences, Professor.
E-mail: weld_techn@mail.ru
Казак Владимир Владимирович Филиал ОАО «БЕЛАЗ» управляющая компания холдинга «БЕЛАЗ-ХОЛДИНГ» в г. Могилеве «Могилевский автомобильный завод имени С.М. Кирова», г. Могилев, Беларусь, главный механик.
E-mail: mehanik.moaz@tut.by
Kazak Vladimir Vladimirovich Of the Branch of JSC «BELAZ» - the Management Company of Holding «BELAZ-HOLDING» - «Mogilev Automobile Plant named after S.M. Kirov», Mogilev, Belarus, Chief Engineer.
E-mail: mehanik.moaz@tut.by
Коржов Виктор Павлович Филиал ОАО «БЕЛАЗ» управляющая компания холдинга «БЕЛАЗ-ХОЛДИНГ» в г. Могилеве «Могилевский автомобильный завод имени С.М. Кирова», г. Могилев, Республика Беларусь, начальник конструкторского бюро отдела главного механика. E-mail: mehanik.moaz@tut.by
Korzhov Viktor Pavlovich Of the Branch of JSC «BELAZ» - the Management Company of Holding «BELAZ-HOLDING» - «Mogilev Automobile Plant named after S.M. Kirov», Mogilev, Belarus, Head of the Design Bereau of the Department of Chief Engineer. E-mail: mehanik.moaz@tut.by
