CC BY
34
А.Д.Бардовский
Московский государственный горный университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННЫХ МЕЛЬНИЦ ШЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОПОВ КАРБОНАТНЫХ КАРЬЕРОВ
Основанная на плановой экономике перерабатывающая отрасль горнодобывающей промышленности развивалась за последние 20 - 30 лет исключительно в направлении извлечения ценных пород из добываемого сырья. Оставшиеся в результате добычи и переработки отходы, как правило, складировались, что привело к созданию огромных запасов этих отходов по всей России. Поэтому проблема переработки отходов минерального сырья, в частности нерудных карьеров, выделилась в настоящее время в самостоятельную проблему, решение которой имеет огромное значение для народного хозяйства.
Анализ технологических исследований по утилизации отходов карбонатных карьеров достаточно убедительно доказывает возможность получения из них не только таких строительных материалов как щебень и песок, но и различного рода минеральных наполнителей бетона, полимеров, строительных и бытовых красок, изделий резинотехнической промышленности, а также известняковой муки для мелиорации почв, крошки для подкормки животных и птиц и др. [ 1 ].
Основным процессом в технологических схемах получения указанных продуктов является процесс измельчения. В качестве измельчительного оборудования для этой цели могут быть использованы такие мельницы как шаровая, молотковая, шахтная, струйная и другие типы измельчителей.
В МГГУ разработан и внедрен в производство по переработке отходов кар-
бонатных карьеров ряд вибрационных мельниц с наклонными помольными камерами, которые, как показали результаты экспериментальных и промышленных исследований, имеют большую удельную производительность по сравнению с другими типами измельчителей, низкую металлоемкость, а также просты в обслуживании и эксплуатации.
На рисунке изображена конструктивная схема наклонной вибрационной мельницы. Мельница состоит из корпуса с вибровозбудителем 1, опирающимся через упругие элементы 2 на опорную раму 3. Помольные камеры 6 устанавливаются и закрепляются на корпусе мельницы под углом относительно оси вибровозбудителя 4. Передача вращения валу вибровозбудителя производится от электродвигателя упругой муфтой 5.
В зависимости от назначения камеры могут быть одно или многосекционными. На рис. показаны 3 секции, разделенные между собой при помощи решетчатых перегородок 7. Питание помольных камер и отвод измельченного материала осуществляется при помощи эластичных рукавов 8.
На выбор конструктивной схемы мельницы в первую очередь влияет гранулометрический состав и влажность перерабатываемых отходов, а также степень их измельчения в мельнице. Одним из важнейших конструктивных параметров вибромельниц является угол наклона помольных камер а. Экспериментальными исследованиями установлено, что для мельниц,
При измельчении отходов влажностью 8% и выше рекомендуется использование многотрубных помольных камер, амплитуда колебаний которых составляет 5-6 мм [ 3 ).
Производительность одной помольной камеры определяется по выражению:
б
XJT)
(3)
Рис. Конструктивная схема наклонной вибрационной мельницы
работающих в режиме сухого помола, наиболее эффективным является угол наклона а = 30° [ 2 ], при влажном иомоле угол наклона камер рекомендуется принимать а = 15° [ 3 ].
Величина амплитуды колебаний выбирается из условия обеспечения эффективности помола крупных частиц материала [4]:
А=( 1,5 ...2)6,
(1)
где Ь - наибольший размер измельченных ч частиц материала.
Диаметр мелющих тел шаров выбирается по условию [ 4 ]:
¿ш=( 5 ... 10)6.
(2)
При сухом измельчении отсевов карбонатного щебня фракции 0 ... 5 мм рекомендуется использовать 3-х секционные помольные камеры со следующими рекомендуемыми значениями А и <іш: А = 8 ...10 мм; (іш=40 мм ( 1 секция), 30 мм ( 2 секция), </ш=20 мм ( 3 секция ) [ 2 ].
где:
требуемая производительность мельницы;
£ - число помольных камер в мельнице. Производительность помольной камеры является многофакторной зависимостью. Теоретические и экспериментальные исследования процесса помола отходов карбонатных карьеров различной влажности позволили получить следующие выражения пропускной способности наклонных вибрационных мельниц соответственно для сухого [ 2 ] и влажного [ 5 ] помолов:
Яс ~ к
\т3) cQ'pgrsina ( L
güldlQuina
(4)
4* = ——12"S'n2a + h»~hcosaj (5)
В формулах (4) и (5): к - коэффициент пропорциональности; Р3 - мощность, сообщаемая загрузке помольной камеры; тз - масса загрузки помольной камеры; ДК -диаметр камеры; L - длина камеры; с - безразмерная постоянная Козени; 0 - пористость среды; т - коэффициент, учитывающий искривленность тока жидкости в пористой среде; I - удельная поверхность пористого материала; г - извилистость, опре-
деляемая как отношение средней длины траектории частицы в помольной камере к длине помольной камеры; - вибровязкость жидкости; Ио и И - глубина фильтрационного потока соответственно на входе и выходе помольной камеры; Ф и /г - функции конструктивных и технологических параметров мельницы, определяемые по графикам и таблицам [ 2, 5 ).
При выводе формул (4) и (5) было принято допущение о движении измельчаемого материала между мелющими телами в помольной камере, как фильтрацию вязкой жидкости через пористую среду. Величины диаметра камеры Дк задаются в пределах 0,4 ... 0,65 м для сухого помола и 0,1 ... 0,15 м -для влажного помола.
Пропускная способность помольной камеры мельницы должна составлять:
? = ( 1,1...1,2)0, (6)
Для наиболее эффективного использования внутреннего объема помольных камер коэффициент заполнения мелющими телами, как при сухом, так и при влажном помоле необходимо выбирать в пределах 0,8 ... 0,9, при этом большее из этих значений принимается при £ > Дк. Для промышленных условий при сухом помоле рекомендуется длину секции камеры выбирать из условия
0,8 <¿,<1,2Д, (7)
При использовании многотрубных мельниц для влажного помола длину камер рекомендуется выбирать в пределах:
2ДК<ЬК<ЗДК. (8)
Масса мелющих тел определяется по выражению:
т, = -^р-£*Сеш0,6р, (9)
где С - суммарное число помольных секций
в помольной камере; р - плотность материала мелющих тел.
Определение конструктивных параметров помольных камер можно считать законченным, если соблюдается условие (6). При q > 1,2Q и q < \,\Q необходимо соответственно уменьшить или увеличить Дк.
Мощность, сообщаемая загрузке, определяется по выражению:
0°)
где W = 6 ... 6,5 квт.ч/т - удельные энергозатраты на измельчение отходов карбонатного щебня при получении известняковой муки по ГОСТ 140-50-78 [ 2 ].
Частота колебаний помольных камер определяется величиной мощности, которую необходимо сообщить загрузке для обеспечения заданной производительности Qm. Для сухого помола отходов величина частоты колебаний определяется по выражению [ 2 ]: п = \0-'Г,^<)Ьт,А'едгр(1,44а - 1,086. -
- 1,44ае. -3.43o- 1,71е_Д. +4.94Л, -0.15аг f ’
(И)
Частота колебаний должна находиться в пределах от 700 до 1500 оборотов в минуту.
При влажном помоле отходов на многотрубных мельницах экспериментально доказано, что наиболее предпочтительными режимными характеристиками являются следующие: А = 5 ... 7 мм и п = 750 ... 1250 об/мин [3].
По данным [ 4 ] между массой колеблющихся элементов тк и массой шаровой загрузки т3 существует соотношение:
тк = ( 1,5 ... 1,8 )тэ ( 12)
где меньшие значения тк принимаются для мельниц без футеровки, а большие
- с футеровкой.
Суммарную массу колеблющейся системы можно определить по выражению
М = тк+ кпт,, (13)
где кп = 0,2 ... 0,3 - коэффициент присоединенной массы загрузки к колебаниям.
Так как мельница работает в далеко зарезонансном режиме, дебалансный момент вибратора может быть определен по упрощенной формуле:
\М.\=АМ, (14)
Мощность, потребляемая мельницей
[б]:
Р„=Р, + Ртр + Р., (15)
где Ртр - мощность, затрачиваемая на трение в подшипниках;
Рп - мощность, затрачиваемая на диссипативные сопротивления.
Она весьма мала, поэтому в практических расчетах ее можно не учитывать.
Мощность Ртр может быть определена по формуле:
Ш М о3 р - —«— (16)
2000
где/- коэффициент трения в подшипниках вибратора;
Дп - диаметр подшипника.
Таким образом, на основании вышеизложенной методики определения параметров наклонных вибрационных мельниц можно полностью рассчитать конструкцию указанных измельчителей при сухом и
влажном помоле отходов карбонатных карьеров. Мельницы указанного типа были разработаны в МГГУ и прошли успешные промышленные испытания на Пятовском и Хомяковском карьерах АО “Моспром-стройматериальГ при изготовлении соответственно пылящей и сыромолотой известняковой муки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Отчет о НИИ Регионального геологического центра “Исследование минерального сырья, отходов и вскрышных пород АО “МоспромстройматериальГ с целью использования их в качестве сырьевых ресурсов”. М., 1995.
2. Балаян В.А. Определение рациональных параметров наклонных вибрационных мельниц для измельчения отходов карбонатных карьеров. - Дис. канд. техн. наук. М., 1982, 196 с.
3. Красовский Б П. Обоснование параметров наклонной вибрационной мельницы для производства известняковой муки из отходов карбонатных карьеров. - Дис. канд. техн. наук. М., 1989, 241 с.
4. Rose Н.Е. and Sullivan R.M.E. Vibration Mills and Vibroting Milling. - .London: 1961. - 195 p.
5. Бедим В.В. Обоснование и выбор параметров наклонных вибрационных мельниц для измельчения влажных отходов карбонатных карьеров. -Дис. канд. техн. наук. М., 1985, 180 с.
6. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. - Л.: Химия, 1977. - 368 с.
© А.Д.Бардовский
НОВЫЕ КНИГИ ИЗДАТЕЛЬСТВА МГГУ[|
Ялтанец И.М., Кулигин В.И.
Гидромеханизация открытых горных работ. 1996. - 739 с.
Изложены основные производственные процессы гидромеханизации открытых горных работ: подготовка пород к размыву, размыв, транспортирование, водоснабжение, отвалообразование. Рассмотрены вопросы систем разработки и вскрытия месторождений, технологические схемы горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ при использовании гидромониторно-землесосных комплексов землесосных снарядов, многочерпаковых драг и экскавационных машин в комплексе со средствами гидромеханизации. Описаны новые технологические решения с раскройкой карьерных полей на карты разработки и проблемы формирования гидроотвалов в выработанных пространствах карьеров. Приведены сведения о структуре комплексной гидромеханизации, продлении сезона работы гидромеханизации и драг в сложных климатических условиях, охране и восстановлении окружающей природной среды и правил безопасности ведения горных работ.
