CC BY
16
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2019. No 4
СООБЩЕНИЯ REPORTS
УДК 622.73 DOI: 10.17213/0321-2653-2019-4-117-120
ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОНКОДИСПЕРСНОГО ИЗМЕЛЬЧЕННОГО ПРОДУКТА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЫ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА
© 2019 г. В.Н. Хетагуров1, Е.С. Каменецкий2, М.В. Гегелашвили1, А.Т. Марзоев1
1Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),
г. Владикавказ, РСО-Алания, Россия, 2Южный математический институт - филиал ФГБУН Федерального научного центра «ВНЦ РАН»,
г. Владикавказ, РСО-Алания, Россия
GRANULOMETRIC COMPOSITION STUDY OF A THIN GRINDING PRODUCT OF A CENTRIFUGAL MILL OF VERTICAL TYPE
V.N. Khetagurov1, E.S. Kamenetskiy2, M.V. Gegelashvili1, A.T. Marzoev1
1North Caucasus Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University, Vladikavkaz, RNO-Alania, Russia, 2South Mathematical Institute - the Affiliate of VSC RAS, Vladikavkaz, RNO-Alania, Russia
Хетагуров Валерий Николаевич - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Технологических машин и оборудования», СевероКавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), г. Владикавказ, РСО-Алания, Россия. E-mail: hetag@mail.ru
Каменецкий Евгений Самойлович - д-р, физ.-мат. наук, гл. науч. сотрудник, Южный математический институт-филиал ФГБУН Федерального научного центра «ВНЦ РАН», г. Владикавказ, РСО-Алания, Россия. E-mail: esk@smath.ru
Гегелашвили Михаил Владимирович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Технологических машины и оборудования», Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), г. Владикавказ, РСО-Алания, Россия. E-mail: gegelashvili@mail.ru
Марзоев Азамат Таймуразович - аспирант, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), г. Владикавказ, РСО-Алания, Россия. E-mail: marzoev.a@mail.ru
Khetagurov Valeriy Nickolaevich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Departament «Technological Machinery and Equipment», North Caucasus Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University, Vladikavkaz, RNO-Alania, Russia. E-mail: hetag@mail.ru
Kamenetskiy Eugeniy Samoylovich - Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Chief Researcher, South Mathematical Institute- the Affiliate of VSC RAS, Vladikavkaz, RNO-Alania, Russia. E-mail: esk@smath.ru
Gegelashvili Mikhail Vladimirovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Departament «Technological Machinery and Equipment», North Caucasus Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University, Vladikavkaz, RNO-Alania, Russia. E-mail: gegelashvili@mail.ru
Marzoev Azamat Taymurazovich - Graduate Student, North Caucasus Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University, Vladikavkaz, RNO-Alania, Russia E-mail: marzoev.a@mail.ru
С использованием рентгеновской аналитической центрифуги ВгооШауеп Б1-ХВС проведен анализ гранулометрического состава тонкодисперсного измельченного материала крупностью - 0,08 мм, полученного в результате измельчения доломита в центробежной мельнице вертикального типа. Впервые исследовано интегральное распределение гранулометрического состава тонкодисперсного измельченного продукта в зависимости от режимов измельчения мельницы.
Ключевые слова: центробежная мельница вертикального типа; доломит; измельчение; режимы работы; гранулометрический состав; тонкодисперсный продукт; интегральное распределение; фракционный анализ.
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
TECHNICAL SCIENCE. 2019. No 4
A fractional analysis of the grinded material with a grain size of 0,08 mm, obtained as a result of lump dolomite processing in a centrifugal mill of the vertical type, was carried out using the Вrооkhаvеn BI-ХDС X-ray analytical centrifuge. An integrated distribution of a thin grinding product particle size depending on the work regimes of the mill was obtained for the first time.
Keywords: vertical type centrifugal mill; dolomite; grinding; work regime; granulometric composition; thin grinding product; integral distribution; fractional analysis.
Введение
Применение центробежных мельниц вертикального типа для измельчения сырьевых материалов показало их высокую эффективность при получении тонко- и среднедисперсных материалов [1 - 3]. Исследования этих мельниц в различных условиях эксплуатации позволили создать массив данных по гранулометрическому составу измельченного материала в зависимости от конструктивных особенностей мельниц и технологических параметров процесса измельчения. Определенный интерес представляют исследования по грансоставу измельченного продукта по классам крупности частиц менее 80 мкм, которые до настоящего времени не проводились.
Цель исследований
Исследование гранулометрического состава измельченного продукта центробежной мельницы вертикального типа по классам крупности менее 80 мкм при различных режимах работы мельницы.
Методика выполнения экспериментов
Для решения поставленной задачи была использована центробежная мельница вертикального типа МВ-0,3 с диаметром ротора 300 мм.
Испытания центробежной мельницы проводились по следующей методике. Частота вращения ротора п составляла 310 и 360 мин- ; высота столба материала над ротором Н поддерживалась на уровнях 180 и 270 мм; зазор в решетках ротора и решетках, установленных в периферийной нижней части рабочего пространства корпуса составлял 2 мм; в полости ротора мельницы устанавливалось 6 радиальных ребер. Измельчаемый материал был представлен доломитом Боснинского месторождения (РСО-Алания) крупностью - 12 + 9 мм, пределом прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии - 392 кг/см2 и коэффициентом крепости по шкале Протодья-конова - 8. Цикл измельчения открытый. Время каждого испытания составлял 6 час. Испытания на каждом режиме работы мельницы повторялись 3 - 6 раз.
Эвакуация измельченного материала из корпуса мельницы осуществлялась через просеиваю-
щие поверхности, установленные в полости ротора и в периферийной нижней части рабочего пространства мельницы. Измельченный материал за каждый час работы мельницы собирался в отдельную емкость и подвергался расситовке по стандартной методике. Отбирались пробы классом крупности - 0,08 мм для их фракционного анализа по крупности с применением рентгеновской аналитической центрифуги ВгооШауеп Ы-ХБС, предназначенной для определения распределения частиц по размерам в области от 0,01 до 100 мкм [4 - 6].
Измерения в рентгеновской аналитической центрифуге ВгооШауеп Ы-ХВС выполняли на суспензии, приготовленной из смеси 0,5 г отобранной пробы с 20 %-м раствором сахарозы и дистиллированной воды. Пробы с классом крупности - 0,08 мм взвешивались на лабораторных весах ЛВ СП.005.048 РЭ. Полученная суспензия диспергировалась в ультразвуковой ванне в течение 3 - 5 минут. После диспергирования суспензия заливалась в диск анализатора. При перемешивании измерялась нижняя базовая линия поглощения гомогенной суспензией частиц. После прекращения перемешивания образца, запускалась процедура измерения седиментационной кривой. При проведении исследований фиксировались измерения в режиме естественной седиментации, когда диск анализатора был неподвижен в ходе эксперимента. Полученные данные седиментационного анализа крупности тонких фракций обрабатывались программным обеспечением компьютера центрифуги и строились графики интегрального распределения частиц при различных технологических режимах измельчения доломита в центробежной мельницы.
Результаты исследования и обсуждение
Результаты фракционного анализа, полученные с применением рентгеновской аналитической центрифуги ВгооШауеп Ы-ХВС показали, что в начальный период работы центробежной мельницы (первый час испытаний) основное влияние на суммарное содержание классов крупности оказывает частота вращения ротора, а высота столба материала в корпусе мельницы влияет незначительно (рис. 1).
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
TECHNICAL SCIENCE. 2019. No 4
20
15
10
sip
1 Г-Г Г
3 4 \ 2
10 20 30 40 50 60 70 80 Суммарное содержание классов крупности, %
Рис. 1. Интегральное распределение частиц в начальный период работы центробежной мельницы: 1 - n = 310 мин-1, H = 180 мм; 2 - n = 360 мин-1, H = 180 мм; 3 - n = 310 мин-1, H = 270 мм; 4 - n = 360 мин-1, H = 270 мм / Fig. 1. The integral distribution of particles in the initial period of operation of a centrifugal mill: 1 - n = 310 min-1, H = 180 mm;
2 - n = 360 min-1, H = 180 mm; 3 - n = 310 min-1, H = 270 mm; 4 - n = 360 min-1, H = 270 mm
Выявлено, что снижение частоты вращения ротора приводит к выходу из мельницы более крупных частиц измельченного материала. Это можно объяснить тем, что на первом часе работы мельницы в основном происходит процесс дробления частиц исходного материала, а это приводит к загрублению помола конечного продукта.
При повышении частоты вращения ротора увеличивался выход из мельницы мелких частиц, что можно объяснить интенсификацией процесса взаимного динамического контакта угловатых крупных частиц в активной зоне рабочего пространства центробежной мельницы, в нижней части столба материала. При этом с поверхности частиц удалялись различные неровности, вследствие чего частицы приобретали окатанную форму. В результате этого процесса наблюдалось повышенное количество тонкодисперсных частиц в продуктах размола центробежной мельницы.
В период испытаний от 2 до 5 часов работы центробежной мельницы наблюдался постепенный выход процесса измельчения на установившийся режим, причем этот процесс сопровождался колебаниями интегрального распределения мелких частиц.
Установлено, что на шестом часе испытаний центробежной мельницы (установившийся режим измельчения) (рис. 2) более существенное влияние на суммарное содержание классов крупности измельченного материала оказывала высота столба материала, сформированного над плоскостью вращения верхних кромок ребер ротора мельницы.
Так, использование в мельнице малой высоты столба материала (отношение H к диаметру
ротора равное 0,3) приводило к повышенному выходу количества мелких фракций из мельницы (тонкий помол). Это можно объяснить тем, что вращающийся ротор мельницы приводит в движение весь объем столба измельчаемого материала, и, как следствие, к активному перемешиванию частиц и их взаимному «шлифованию» при невысоких динамических нагрузках.
25
20
15
£
10
4 3.
2 1
10 20 30 40 50 60 70 80 Суммарное содержание классов крупности, %
Рис. 2. Интегральное распределение частиц при установившемся режиме работы центробежной мельницы: 1 - n = 310 мин-1, H = 180 мм; 2 - n = 360 мин-1, H = 180 мм; 3 - n = 310 мин-1, H = 270 мм; 4 - n = 360 мин-1, H = 270 мм Fig. 2. Integral particle distribution under mount steady state operation centrifugal mill operation: 1 - n = 310 min-1, H = 180 mm; 2 - n = 360 min-1, H = 180 mm; 3 - n = 310 min-1, H = 270 mm; 4 - n = 360 min-1, H = 270 mm
Использование в центробежной мельнице большой высоты столба материала (отношение H к диаметру ротора равное 0,9) приводило к повышенному выходу количества крупных фракций из мельницы (грубый помол). Это можно объяснить тем, что в столбе материала непосредственно над вращающимся ротором, образуется поток частиц, который перемещается по низкой спиралевидной восходящей траектории от периферийной внутренней стенки корпуса мельницы по направлению к его оси, и далее к ступице ротора («вторичное движение» [7]), создавая, таким образом, активную зону измельчения [8-11]. В этой активной зоне происходит разрушение частиц материала вследствие их взаимного соударения и ударов частиц о верхние кромки ребер ротора. При этом можно предположить, что основная функция столба материала в мельнице, верхняя часть которого бывает неподвижной, заключается в создании вертикальной нагрузки на активную зону измельчения.
Заключение
1. С использованием рентгеновской аналитической центрифуги Вrооkhаvеn Ы-ХВС впервые проведен анализ гранулометрического состава измельченного материала крупностью - 0,08 мм,
5
5
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2019. No 4
полученного в результате измельчения доломита в центробежной мельнице вертикального типа при различных режимах работы мельницы.
2. Установлено, что в начальный период работы мельницы основное влияние на суммарное содержание классов крупности тонкодисперсного измельченного продукта оказывает частота вращения ротора, а высота столба материала влияет незначительно. При установившемся режиме более существенное влияние на суммарное содержание классов крупности измельченного материала оказывает высота столба материала.
3. Полученные результаты исследований могут быть полезными при проектировании промышленных образцов центробежных мельниц производительностью более 50 т/ч.
Литература
1. Хетагуров В.Н. Разработка и проектирование центробежных мельниц вертикального типа. Владикавказ: Изд-во «Терек», 1999. 225 с.
2. Патент № 2078613 РФ МКИ В02С 13/14. Способ измельчения материалов.
3. Патент № 2084787 РФ МКИ В02С 13/14. Мельница.
4. Боуэн Т. Введение в ультрацентрифугирование: пер. с англ. М.: Мир. 1973. 248 с.
5. СоколовВ.И. Центрифугирование. М.: Химия. 1976. 406 с.
6. Шкоропад Д.Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических производств. М.: Химия. 1987. 256 с.
7. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Лапинагов А.М., На-ниева Б.М. Экспериментальное исследование характера движения измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы вертикального типа // Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ. № 3. 2004. С. 309 - 312.
8. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Тимофеев А.В. Исследование характера движения измельчаемого материала в центробежной мельнице вертикального типа // Горный журнал «Изв. ВУЗов». № 5. 2002. С. 84 - 86.
9. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Выскребенец А.С., Хетагуров С.В. Результаты испытаний центробежной мельницы вертикального типа при размоле доломита // Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ. № 10. 2011. С. 201 - 205.
10. Каменецкий Е.С., Минасян Д.Г., Хетагуров В.Н. Математическое моделирование движения измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы вертикального типа // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 9. 2011. С. 391 - 396.
11. Движение измельчаемого материала в рабочем органе центробежной мельницы вертикального типа при использовании радиальных ребер ротора с вырезами / В.Н. Хетагуров, Е.С. Каменецкий, Д.Г. Минасян, С.Е. Соболев, В.А. Плиев // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 4. 2013. С. 319 - 324.
References
1. Khetagurov V.N. Razrabotka i proektirovanie tsentrobezhnykh mel'nits vertikal'nogo tipa [Development and design of centrifugal mill of vertical type]. Vladikavkaz: Publ. "Terek", 1999, 225 p.
2. Sposob izmel'cheniya materialov [Method of grinding materials]. Patent RF, no. 2078613.
3. Mel'nitsa [Mill]. Patent RF, no. 2084787.
4. Bouen T. Vvedenie v ul'tratsentrifugirovanie [Introduction to ultracentrifugation]. Moscow: Mir, 1973,248 p.
5. Sokolov V.I. Tsentrifugirovanie [Centrifugation]. M.: Khimiya, 1976, 406 p.
6. Shkoropad D.E., Novikov O. P. Tsentrifugi i separatory dlya khimicheskikh proizvodstv [Centrifuges and separators for chemical production]. Moscow: Khimiya, 1987, 256 p.
7. Khetagurov V.N., Kamenetskii E.S., Lapinagov A.M., Nanieva B.M. Eksperimental'noe issledovanie kharaktera dvizheniya izmel'chaemogo materiala v korpuse tsentrobezhnoi mel'nitsy vertikal'nogo tipa [Experimental study of the nature of the movement of the crushed material in the housing of a vertical centrifugal mill]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2004, no. 3, pp. 309 - 312. (In Russ.)
8. Khetagurov V.N., Kamenetskii E.S., Timofeev A.V. Issledovanie kharaktera dvizheniya izmel'chaemogo materiala v tsentrobezhnoi mel'nitse vertikal'nogo tipa [Investigation of the nature of the movement of the crushed material in a centrifugal mill of the vertical type]. Gornyi zhurnal "Izv. VUZov",2002, no, 5, pp. 84 - 86. (In Russ.)
9. Khetagurov V.N., Kamenetskii E.S., Vyskrebenets A.S., Khetagurov S.V. Rezul'taty ispytanii tsentrobezhnoi mel'nitsy vertikal'nogo tipa pri razmole dolomita [Test results of a centrifugal mill of vertical type during grinding dolomite]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2011, no. 10, pp. 201 - 205. (In Russ.)
10. Kamenetskii E.S., Minasyan D.G., Khetagurov V.N. Matematicheskoe modelirovanie dvizheniya izmel'chaemogo materiala v korpuse tsentrobezhnoi mel'nitsy vertikal'nogo tipa [Mathematical modeling of the grinding material movement in the body of the vertical type mill]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2011, no. 9, pp. 391 - 396. (In Russ.)
11. Khetagurov V.N., Kamenetskii E.S., Minasyan D.G., Sobolev S.E., Pliev V.A. Dvizhenie izmel'chaemogo materiala v rabochem organe tsentrobezhnoi mel'nitsy vertikal'nogo tipa pri ispol'zovanii radial'nykh reber rotora s vyrezami [The movement of grinding material in the working body of the centrifugal mill of vertical type using radial rotor ribs with cut out]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2013, no. 4, pp. 319 - 324. (In Russ.)
Поступила в редакцию /Received 15 ноября 2019 г. /November 15, 2019
