CC BY
17Романович А.А., канд. техн. наук, доц., проф.
Алехин П.В., аспирант
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова
НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ С АНИЗОТРОПНОЙ ТЕКСТУРОЙ
Graff_Pavel@,mail. ru
В статье представлен анализ оборудования используемого для измельчения изотропных и анизотропных материалов. Приведен анализ научно-технических разработок в области создания и конструктивно-технологического совершенствования пресс-валковых агрегатов определены направления их совершенствования с учетом специфических особенностей анизотропных материалов.
Ключевые слова: измельчение, пресс-валковый агрегат, валки, сжатие, разрушение.
Современная строительная индустрия базируется на переработке огромного количества нерудных материалов с различным минералогическим составом и физико-механическими свойствами (глин, песков, известняков, гранитов, базальтов и др.). При этом поиск, разведка, добыча нерудных материалов, а также их переработка сопровождаются значительными материальными и энергетическими затратами.
В то же время при добыче рудных и нерудных полезных ископаемых ежегодно в отвал для складирования десятки миллиардов тонн горных пород, которые по своему минералогическому составу вполне могут быть использованы при производстве широкой гаммы строительных материалов. Попутно добываемые породы отличаются от традиционного сырья стройиндустрии своим геологическим происхождением, минералогическим составом, текстурой и физико-механическими свойствами.
Особое место среди попутно добываемых пород занимают анизотропные материалы, характеризующиеся различными физико-механическими параметрами среды (пределом прочности при сжатии, растяжении, изгибе, модулем Юнга, сдвига, коэффициентом Пуассона, диэлектрической, магнитной проницаемостью и др.) таблица 1 [1-3].
Большинство железорудных месторождений, добыча полезных ископаемых на которых осуществляется открытым способом, содержат отвалы из попутно добываемых пород, загрязняющих окружающую среду, выводящих из сельхозоборота плодородные почвы и требующих значительные материальные затраты на их содержание. Только на месторождениях КМА их объём составляет около 1 млрд. м3.
Всё возрастающий рост строительной индустрии в условиях рыночной экономики создаёт необходимые условия для развития новых областей использования и технологий производства современных строительных изделий из анизотропных материалов: строительства автомобильных дорог, специальных покрытий, кремнеземистых наполните-
лей, изготовления кровельных и облицовочных материалов, теплоизоляционных и лакокрасочных материалов и др.
Таблица 1
Характеристики измельчаемого материала
Наименование материала Предел прочности при сжатии, МПа Коэффициент анизотропии,
Перпендикулярно сланцеватости Параллельно сланцеватости
Известняки органогенные 95 65 1,46
Метаморфические сланцы (месторождение КМА) 130 59 2,2
Амфиболиты (месторождение КМА) 145 75 1,93
Кварцито песчаники полосчатые 260 190 1,37
Это, в свою очередь, предъявляет дополнительные требования к условиям измельчения анизотропных материалов, а, следовательно, к конст-рукторско-технологическим параметрам дробиль-но-помольного оборудования. В связи с развитием современных технологий появляется необходимость модернизации существующих и создания новых агрегатов и технологий для грубого и тонкого измельчения анизотропных материалов, широко используемых при производстве различных строительных материалов и изделий.
В настоящее время существует огромное количество дробильно-помольного оборудования отличающегося не только конструкцией, но и принципами действия и способами разрушения материалов. Так, например, разрушение методом раздавливания осуществляется в валковых и средне-ходных мельницах. В агрегатах ударного действия материал разрушается от воздействия на него молотков или бил движущихся с огромной скоростью.
В струйных мельницах помол осуществляется за счет соударения частиц друг о друга, движущихся в потоке под действием энергоносителя, или о стенки агрегата. Однако основным помольным агрегатом для получения тонкодисперсного материала как у нас в стране, так и за рубежом, благодаря своей единичной мощности и надежности в работе остается шаровая мельница.
Таблица 2
Характеристики измельчителей_
Наименование показателя Помольные системы с использованием ШМ
ШМ ПВИ - ШМ КИД-ШМ
ПВИ ШМ КИД ШМ
Характеристика измельчителя: Размеры, м 3,2х15 1,0х0,8 3,8х14 1,75 3,8х14
Потребляемая мощность 1940 460 2320 470 2380
Удельный расход электроэнергии каждого агрегата 38,8 4,6 23,2 4,7 23,8
Удельный расход электроэнергии общий 38,8 27,8 28,5
Проведенные сравнительные характеристики помольных систем с использованием шаровой мельницы (табл. 2) показывают целесообразность использования секционированного процесса измельчения с выносом стадии грубого помола в другой агрегат.
При измельчении анизотропных горных пород эффективность процесса разрушения определяется многими факторами: прочностными характеристиками материалов, их структурно-текстурными признаками и главное способом и направлением приложения разрушающих усилий. Анализ научно-технических исследований процессов разрушения изотропных и анизотропных материалов в различных дробильно-помольных агрегатах [4, 5, 6] показывает, что при организации процесса измельчения анизотропных материалов необходимо учитывать не только их специфические особенности, но и условия организации самого процесса:
- условия загрузки материалов с анизотропной структурой и направленного их движения;
- направления приложения силовой нагрузки;
- технологические схемы организации процессов измельчения материалов на каждой стадии их переработки (классификация измельченных продуктов, внутренний и внешний рецикл измельчаемых материалов, сепарация тонкоизмельчённых частиц и др.);
- конструктивно-технологические приёмы (использование вибрационного воздействия, дезаг-ломерация уплотнённых материалов, многократное приложение силовых нагрузок и др.), повышающие эффективность процесса измельчения анизотропных материалов;
- реализация эффективных конструктивно-технологических решений, обеспечивающих повышение износостойкости рабочих органов оборудования и его эксплуатационной надёжности и др.
Проведенный анализ конструкции дробильно-помольного оборудования, и рациональных условий разрушения анизотропных материалов свидетельствует о целесообразности использования для
этих целей пресс-валковых измельчителей [12,13,14], обладающих рядом преимуществ: простотой конструкции и надёжностью эксплуатации, высокой производительностью и незначительными удельными энергозатратами, невысокими металлоёмкостью и скоростными параметрами рабочих органов, возможностью их дальнейшего конструктивно-технологического совершенствования с учётом специфических особенностей измельчаемого материала и др.
В последние годы при измельчении материалов различной прочности во многих отраслях промышленности широко используются пресс-валковые измельчители работающие по различным технологическим схемам. Анализ научно-технической литературы [7-15] показывает, что при измельчении известняка, клинкера, шлаков, извести, кварца, углей, рудных материалов ПВА используется как в открытом, так и в замкнутом цикле измельчения. При этом достигается снижение удельных энергозатрат в помольном комплексе «ПВА-ТШМ» на 20-40 % и повышение его производительности на 15-40 %.
Проведенный анализ научно-технических разработок в области создания и конструктивно-технологического совершенствования ПВИ свидетельствует, с одной стороны, о широком использовании данного технологического оборудования для предварительного измельчения изотропных материалов с различными физико-механическими характеристиками, а с другой стороны - о необходимости установления основных закономерностей процесса измельчения анизотропных материалов в ПВИ и их дальнейшего конструктивно-технологического совершенствования с учетом особенностей измельчаемых пород.
Учитывая специфические особенности анизотропных материалов для повышения эффективности процесса их измельчения определены следую-
щие направления совершенствования пресс-валковых измельчителей, которые представлены на рисунке 1.
Направления совершенствования пресс-валковых измельчителей
^ №
4 о О
о л *
6 S 5
3 £ о
с о м
I'
qj
$ <и
0 1
1 3 ^ «а са. й. о ? а- о. э
0 S Q
1 3 с
0 э § о. <о 3
Sil ig«; qj ä ^
1 p. m
<" S 9-
с E с
с о
,qj $ о "О CJ.
О
о § §
§ ®
S => P- s
QJ к
S 1 I
I £ g
Ä * £
's s s.
а 5 5j i с "О
м
<u
о о
- I" С
<u
5 5
«
О
<5
Lj
* О
э ГУ
Sc О
«5 I
О 1
Li QJ
Ol § <3
о. й1
с а
ta й
о с о о. &
fc о 6
5 а
Qj $
э ^
I Qj
QJ 6
* 3
Э о.
,1 сз
<о
Ol
CL
с
о о
Ч; со
ii Q
Si t\l
=9 7s
a '
S "
0 си
5 I
э a
и а
e «
а. §
Ql
э я
г ta
Qj rn
? а
01 Q
С ■
А
4 §
& о
5 «о § §
§ I
* е
5 I
о $
£ в.
0 О
? I
1 5!
? Ql
QJ
§ 3 I
о, 3 О
¡И
Qj 5
5
Qj -Q-
С Э
lo ^
qj lo
to а ° §
I
о ä
CM J
о Ol t t О!
Ill
Olti
2! 3 5 ? 4 I S I 3
ll*
3 ta oc
do? 5« i S5 - »-j ^ о a а й
qj о
a. ® §
U
S §.
sc
кэ <o
а a ^
а а
r»> <U * g
Si о a i
г g
3 s
CQ ^
ant э u а гг I <o а tu g
2 qj э.
3 э 5 a S I
Qj О О
§
5 'O
а
Рис. 1. Направления совершенствования конструкции пресс--валковых измельчителей
Учитывая так же, что предварительно измельченный в ПВИ анизотропный материал обладает специфическими свойствами - имеет товарную форму в виде спрессованных пластин с максимальной прочностью в направлении силового воздействия, а составляющие их частицы развитую микродефектную структуру, то для повышения эффективности последующего тонкого помола необходимы особые условия воздействия на него мелющими телами, отличные от создаваемых в традиционной шаровой мельнице.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лехницкий С. Г. Теория упругости анизотропного тела /С.Г. Лехницкий. - М.; Наука, 1977 - 416 с.
2. Гридчин АМ. Повышение эффективности дорожного строительства путём использования анизотропного сырья / А.М. Гридчин. - М.; Издательство Ассоциация строительных вузов. 2006, - 486 с.
1. Лесовик В.С. Повышение эффективности производства строительных материалов с учётом генезиса горных пород. / В.С. Лесовик. - М.; Издательство Ассоциация строительных вузов. 2006, - 526 с.
2. Редькин ГМ. Нестационарное анизотропное математическое моделирование неоднородностей систем минерального сырья /Г.М Редькин, - М. Издательство Ассоциация строительных вузов. 2007 - 499 с.
3. Башкирцев А.А. Анализ эффективности машин для тонкого измельчения строительных материалов /А.А. Башкирцев.// Сборник научных трудов МАДИ. - 1986. -С. 122 - 124.
4. Домбровский В.В. Подпрессовка материала в конусных дробилках среднего и мелкого дробления и способы её снижения / В.В. Домбровский, В.Д. Руднев// Том-
ский инженерно-строительный институт. - Томск. 1984 -22 с.
5. Кляйкий В.И. Профилирование камер дробления конусных дробилок по критериям износостойкости броней и качества продукта дробления / В.И. Кляйкий // Строительные и дорожные машины. - 1985. - № 2. - С. 24 - 25.
6. Севостьянов В.С. Энергосберегающие помольные агрегаты /В.С. Севостьянов// Белгород. Издательство БГТУ; 2006. - 436 с.
7. Schonert K. Mahlen von Zement in der Guttbett-Walzenmuhle / К. Schonert, О. Knobloch // Zement - Kalk -Gips, - 1984. - № 11 - S. 563... 568.
8. BlasesykG. Zement mahlanlaqen - MoqlichKeiten der Modernnisierunq /G. Blasesyk, H. Eickholt, I. Schneider. // Zement - Kalk - Gips - 1985 - № 10 - S. 622. 625.
9. СуккарМ. Установки для производства цемента с вальцовыми прессами компании SPCC/ М. Суккар, К. Хепп, А. Шахид // Цемент, известь, гипс. - 2006 - № 2 - С. 60-64.
10. Левман Р.С. Измельчение клинкера перед мельницей / Р.С. Левиан// Экспресс-информация ВНИИЭСМ, 1985. выпуск 15. - С. 4 - 7.
11. Келлервессель Х. Измельчение в постели материала с помощью валковых прессов высокого давления /Х. Келлервессель //Материалы конгресса «ПАРТЕК» -Нюрнберг. - 1986. - 15 с.
12. Миронов П.И. Перспективы применения измельчителей валкового типа / Миронов П.И., Князев А. С., Чул-ков В.В // Исследование и создание нового оборудования для производства цемента. Сборник трудов ВНИИЦем-маша. - Тольятти. - 1989. - Вып. 32 - С. 28 - 41.
13. Романович А.А. Исследование процесса предварительного измельчения клинкера в валковом прессе/ Романович А.А., Репин Д.В. // Совершенствование техники и технологии измельчения материалов. - Белгород. Сборник трудов БТИСМ. 1989. С. 60 -63.
