Измельчение и гранулирование связносыпучих материалов в машинах валкового типа Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

//X ттгп г: ггшг,№РП:Р.

I 1 (37). 2006 -

АТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

^шшш^ммоирио и"«. ^^шМрМШйшщццрцд^д:)::: 7

The way of selective break of heterogeneous compositions, in particular slags of copper-smelting production and also granular metal-containing powder materials, is based and developed. Calibration of the rolls, providing contrilled granulating of metal-containing powders by rolling.

Е. Б. ЛОЖЕЧНИКОВ, А. К. ГАВРИЛЕНЯ, БИТУ, С. Г.АЗИЗБЕКЯН, ИФОХ HAH Беларуси,

С. В. ЛАСАНКИН, 000«0рдк0м» УДК 621.762.3

ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ И ГРАНУЛИРОВАНИЕ СВЯЗНОСЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В МАШИНАХ ВАЛКОВОГО ТИПА

Распространена технология повышения потребительских свойств сырьевых материалов и производственных отходов, основанная на их размоле и последующем после обогащения, т.е. отделения сопутствующих пород и материалов, гранулировании. Гранулирование улучшает технологичность дисперсных материалов: увеличивает их насыпную массу, текучесть, газопроницаемость, снижает гигроскопичность, пыление, пирофорность и т.д.

Среди известных способов размола и гранулирования выделяются способы, основанные на прокатке во встречно-вращающихся валках [1—3]. Сыпучий и кусковой материал при заднем, в основном гравитационном подпоре (направление прокатки сверху вниз), захватывается и уплотняется. Дробление и размол кусков и частиц происходит за счет всестороннего сжатия деформируемой сыпучей среды и интенсивного сдвига по пересекающимся поверхностям скольжения. Процесс непрерывен, высокопроизводителен и отличается низкой удельной энергоемкостью, поскольку обеспечивает за один проход прокатки практически одинаковый энергосиловой цикл нагружения, позволяет получать высокодисперсный, активный материал со сравнительно узким полем рассеяния размеров частиц, отличающихся по составу и свойствам компонентов обрабатываемой среды. Последнее обусловлено тем, что при обработке прокаткой гетерогенной смеси происходит избирательный размол — более интенсивно разрушаются менее прочные, хрупкие составляющие, образуя матрицу, окружающую частицы, например, металла и его соединений. При этом вследствие того что условие пластичности дисперсной связносыпучей среды описывается выражением [2, 4]

01 -02 = + С2 )БШ ф + 2сСОБф , (1)

а поликристаллического твердого тела —

0!-а2=а5, (2)

где а{ и о2 — главные напряжения; ф — угол межчастичного трения; с — согласно критерию прочности, сопротивление сдвигу частиц, при этом даже при ф-»0, когда выражение (1) принимает вид (2), в связносыпучей среде 2с не достигнет

значения предела текучести твердого тела о5, т.е.

2с< <з5. Это обусловливает сохранение формы твердых частиц, по поверхности которых происходит сдвиг деформируемой дисперсной матрицы, интенсифицирующий размол ее частиц и отделение от более твердых компонентов гетерогенной смеси.

При определенных условиях, например, при межвалковом зазоре, не превышающем 0,01 диаметра бочки валков, и скоростях прокатки, при которых выдавливаемый из уплотняемой в валках массы воздух не создает в зоне захвата псевдосжиженный слой, т.е. не нарушается равномерность фильтрации воздуха через поступающий в валки материал, происходит уплотнение продуктов размола в достаточно прочные полосы. При необходимости прочность сцепления формуемых в полосы частиц повышают за счет введения в исходный продукт активирующих процесс сцепления присадок. Например, для компактирования прокаткой дробленой чугунной стружки и окалины авторы вводили в исходный продукт раствор соляной кислоты. Образующиеся на контактах частиц уплотненного порошка кристаллы хлорида железа обеспечивали достаточно высокую прочность их сцепления.

Дроблением прокатанных полос в молотковых мельницах и других устройствах получают гранулы после обкатки и отсева, представляющие собой конечный продукт, например, металлургический полуфабрикат для дальнейшего использования

/¡ггш-гг гсягшгггте

1 07). 2006

/149

или минеральные удобрения. Недостатком такой технологии является то, что при дроблении полос образуется большое количество еще более дисперсных, чем после размола, частиц, а гранулы насыщены внутренними дефектами, снижающими их прочность.

Для получения крупных размером 20—30 мм и более гранул из железорудного концентрата и других полуфабрикатов применяют валковые прессы с диаметром бочки до 1000 мм, на поверхности которых выполнены углубления — ячейки. В совпадающих ячейках валков формуются гранулы, разделенные сравнительно тонкими перемычками, по которым они легко разделяются.

Для получения таких гранул необходим громоздкий валковый пресс, эксплуатация которого оправдана в крупнотоннажном металлургическом производстве и производстве строительных материалов, например, гипса. Для гранулирования извлекаемых из размолотых шлаков металлов и их оксидов, например, меди и медьсодержащих сплавов в условиях литейных цехов машиностроительных заводов, требуется менее мощное оборудование, обеспечивающее получение гранул размером в несколько миллиметров. Проведенные эксперименты показали, что использование для этой цели валков с ячеистой поверхностью бочки не обеспечивает стабильность процесса: на выходе из валков прокат часто расслаивается, при этом разделенные части гранул остаются в ячейках, что приводит к оковыванию валков обрабатываемым материалом.

Разработана более технологичная в изготовлении и сборке конструкция валков, в которых сыпучий материал прокатывается в полосы с продольными на одной стороне и поперечными на другой пазами. При последующей обработке в галтовочном барабане куски полос разрушаются по взаимно перпендикулярным пазам с образованием гранул.

Профили поверхности бочек валков (калибровка валков) и сечения разлома по взаимно перпендикулярным пазам полос показаны на рис. 1. Как видно из рисунка, контур поверхностей ручьев — это сочетание дуги с касательными к ней прямыми. Продольные ручьи выполнены более глубокими, чем поперечные, а диаметр валков с продольными ручьями меньше диаметра с поперечными. Это обусловлено несимметричным опережением

прокатываемых полос по отношению к валку с продольными ручьями, составляющих при прокатке порошка 0,4-0,6% [2]. Разница в диаметрах компенсирует скольжение полосы по продольным ручьям, предотвращающее их оковывание.

Специфические условия захвата и уплотнения порошка валками предопределяют установленные экспериментами соотношение между толщиной h прокатаной гладкой полосы и диаметром бочки валков Z>B:

h < 0,0ШВ. (3)

В валках с продольными ручьями активная, захватывающая порошок поверхность увеличивается в 1,5 раза, что позволяет уменьшить диаметр бочки валков. Наличие поперечных пазов обусловливает захват порошка силами трения между находящимся в поперечных ручьях порошком и порошком в межвалковом пространстве в сечении захвата, определяемым углом захвата [2]:

а = 0,5(фк + arcsin(sin фк / sin ср)), (4)

где фк и Ф — соответственно углы трения порошка с поверхностью бочки валка и межчастичного трения порошка, соотношение величин

которых определяется неравенством фк<ф [3, 4].

Рис. 1. Поверхности разлома сформованной в калиброванных валках полосы: а • поперечная; б — продольная

150

тг^г: rrMfjj^rrrM

(37). 2006 -

Угол захвата валком с поперечными ручьями вследствие срк »ф возрастает от 0,5—0,6 рад до

величины ар = 0,5(ф+0,5л) -0,8-0,9 рад, обеспечивающей увеличение активности захвата и уплотнение порошка в 1,5—1,6 раза. При этом соотношение (3) примет вид = 0,015Дз 9 где ^ ~

приведенная толщина рифленой ленты, которую можно рассчитать по объему гранул, форма которых в рассматриваемом случае представляет сочетание двух повернутых на угол 0,5л полуцилиндров с квадратной перемычкой с размерами сторон равными шагу расположения продольных и поперечных ручьев (рис. 2).

Рассчитанная по объему V гранул приведенная толщина 1%р = V / г2 « 27,5 / 3,9 = 1,8 мм. Тогда диаметр наименьшей бочки валков Аяшп =Кр/0,015 = 120 мм. Для обеспечения повышенной плотности гранул приняли £)к=150 мм и

Ов = 149 мм.

Эксперименты прокатки полос в валках с описанными ручьями проведены на стане СПП-1 [2]. В качестве исходного материала использовали железный порошок, размолотую окалину и металлосодержащий дисперсный порошок, извлеченный из шлака медеплавильного производства Гайского завода «Сплав» (Россия), а также порошок сильвинита (КС1). В окалину и извлеченный из шлака порошок вводили пластификаторы, обеспечивающие более высокую прочность

Рис. 2. Аксонометрическое изображение получаемой гранулы до обработки галтовкой

прокатываемых полос, а при плавке — активирование восстановительных процессов.

Дроблением прокатанных полос в галтовочном барабане получены гранулы со сглаженными углами поверхностей разлома и выходом дисперсной фракции, составляющей 8—10% от обрабатываемой массы.

Литература

1. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия, 1968.

2. Ложечников Е.Б. Прокатка в порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1987.

3. Ложечников Е.Б., Бусел A.B. Переработка промышленных отходов в валковых мельницах // Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии. Т. 1. Тр. науч.-техн. конф. Гродно, 1995. С. 165-170.

4. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М.: Физматгиз, 1960.