CC BY
42
Таблица 9
Поверка адекватности регрессионных моделей_
Показатель Обозначение Q Ra
Сумма квадратов регрессионных остатков sse 282,26 0,45
Уровень значимости a 0,05 0,05
Число степеней свободы объясненной дисперсии /i 9 9
Число степеней свободы необъясненной дисперсии /2 6 6
Вычисленное значение Р-критерия Fa 9,38 4,08
Табличное значение Р-критерия Ft 3,37 3,37
Проверка адекватности значений, рассчитанных по формулам (10) и (11), приведена в табл. 9.
Из приведенных в табл. 9 данных следует, что для всех полученных зависимостей выполняется необходимое условие Ра > РТ (значение РТ принять из таблицы, приведенной в работе [5], на уровне значимости 0,05). Это позволяет сделать заключение об адекватности описанной регрессионными уравнениями реальной модели процесса зачистной обработки.
По результатам исследования получены эмпирические зависимости съема и шероховатости от основных режимных параметров процесса зачистной обработки для установки УДФ-4, которыми являются мощность резания, частота вращения ЛК и продольная подача.
Полученные аналитические зависимости позволяют произвести расчет съема и шероховатости обрабатываемых поверхностей для любой точки облака факторного пространства с учетом всех возможных
условий обработки.
На базе построенной модели может быть сформулирована и решена задача оптимизации по обеспечению быстродействия обработки или экономической эффективности процесса при получении заданного качества поверхностного слоя деталей.
Работа проводится при финансовой поддержке правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе научно-производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно Постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.
Статья поступила 14.11.2014 г.
Библиографический список
1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 143 с.
2. Бондаренко М.А., Чапышев А.П. О разработке установки с численным программным управлением для зачистки криволинейных поверхностей // Вестник ИрГТУ. 2011. № 10 (57). С. 24-29.
3. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1974. 264 с.
4. Димов Ю.В. Перспективы использования лепестковых кругов при изготовлении деталей самолета // Повышение эффективности технологических процессов в машиностроении: сб. научн. тр. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. 151 с.
5. Львовский Е.Н. Статические методы построения эмпирических формул: учеб. пособие для втузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1988. 239 с.
6. Пашков А.Е. О создании комплексной технологии формообразования крупногабаритных панелей // Высокоэффективные технологии проектирования, конструкторско-технологической подготовки и изготовления самолетов: мат-лы Всерос. науч.-практ. семинара с междунар. участием (Иркутск, 9-11 ноября 2011 г.) / под общ. ред. А.Е. Пашкова. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. С. 96-103.
7. Пашков А.Е. Технологические связи в процессе изготовления длинномерных листовых деталей / под ред. А.И. Промптова. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. 138 с.
УДК 66.041.3-65:691.365
ПЕРЕРАБОТКА ГРУБО ОБОГАЩЕННЫХ ВЕРМИКУЛИТОВЫХ РУД В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ
А
© А.В. Плакущий1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассматривается технология получения вспученного вермикулита из грубо обогащенной вермикулитовой руды в процессе обжига и одновременного отделения инертного материала в специализированной электрической мо-дульноспусковой печи. Ил. 3. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: вермикулит; вермикулитовая руда; инертный материал; обжиг; электрическая печь.
1Плакущий Антон Владимирович, аспирант, тел.: 89647413974, e-mail: Text_89@mail.ru Plakushchiy Anton, Postgraduate, tel.: 89647413974, e-mail: Text_89@mail.ru
ROUGHLY DRESSED VERMICULITE ORE PROCESSING IN SPECIALIZED ELECTRIC FURNACES A.V. Plakushchiy
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article deals with the technology of obtaining foamed vermiculite from roughly dressed vermiculite ore under roasting and simultaneous separation of inert material in the specialized electric module trigger furnace. 3 figures. 9 sources.
Key words: vermiculite; vermiculite ore; inert material; roasting; electric furnace.
Концепция технологических комплексов для переработки грубо обогащенных вермикулитовых руд (вермикулитовых конгломератов) не является новой. Еще в 1960-х гг. при разработке Булдымского месторождения на Урале на одном из заводов крупнопанельного домостроения в г. Челябинске уже внедрялась подобная технология. Ставилась та же задача -получение вспученного вермикулита из вермикулитовых конгломератов, содержащих органические (выгорающие) и каменистые (инертные) компоненты [8].
Несмотря на недостатки трубчатых огневых печей [8], технология была реализована, завод несколько лет производил вермикулит и выпускал трехслойные стеновые панели для жилищного строительства.
В середине 1970-х гг. заработал Ковдорский горно-обогатительный комбинат (Мурманская область), выпускавший качественный концентрат, и вскоре новая логистическая схема - выработка концентратов на месторождении с последующим обжигом у потребителя - стала традиционной.
Очередная волна интереса к вермикулиту поднялась в начале 2000-х гг. В новых условиях активизировался малый бизнес, а с ним пришел опыт американцев, которые научились производить из вермикулита и с его применением более ста наименований продукции [7].
Вермикулитовый концентрат стал востребованным, но Ковдорский горно-обогатительный комбинат перестал удовлетворять спрос из-за изношенности оборудования. Хотя запасы Ковдорского месторождения и сейчас огромны, регулярно закупать концентрат могут только давние партнеры предприятия.
Потребители начали завозить концентраты из Китая, Узбекистана и даже из Аргентины. К идее создания технологических комплексов на базе электрических модульно-спусковых печей, способных качественно отделять вермикулит от инертного материала, подтолкнул опыт работы фирмы ООО «Квалитет» [1] (г. Иркутск) с «посыпочными» концентратами КВП-1 и КВП-2, которые Ковдор активно предлагал потребителям [6].
При обогащении вермикулитовых руд на Ковдор-ском горно-обогатительном комбинате в процессе переработки руды образуются частицы вермикулита, которые размерами, формой и весом не отличаются от песка, поэтому выделять их не удается. До недавнего времени эти вторичные продукты в больших количествах уходили в отвал.
Их анализ на массовое содержание вермикулита показывает, что доля его колеблется в пределах 2752% [4]. Опыт переработки таких конгломератов на предприятии ООО «Квалитет» показал высокую эф-
фективность [1]. Обжиг проводился в электрических модульно-спусковых печах, которые хорошо зарекомендовали себя при работе на чистых концентратах [3-5].
На рис. 1 показана одна из опытно-промышленных электрических печей с последовательно сопряженными модулями обжига в составе технологического комплекса. Печь заключена в металлический шкаф с двойными термоизолированными стенками и оснащена вспомогательным оборудованием: электрической талью, бункером исходного сырья, ленточным ковшовым элеватором, бункером предварительной температурной подготовки, совмещенным с барабанным дозатором, расположенным в верхней части корпуса печи.
В показанной печи вспученный материал выпадал из нижнего модуля печи в промежуточный бункер, откуда другим ковшовым элеватором переносился в бункер-накопитель (на рис. 1 не показаны).
На рис. 2 показана технологическая схема получения вспученного вермикулита из грубо обогащенной руды. Руда проходит дробление, первичное удаление пустой породы, сушку, магнитное обогащение и классификацию по крупности. После такой обработки на выходе образуется грубый вермикулитовый концентрат (конгломерат) с содержанием вермикулита-сырца 60-70%.
В данной технологической цепочке это готовый продукт, отправляемый потребителю. Последующая переработка идет уже в печи в процессе обжига при одновременном отделении инертного материала от вспученного вермикулита.
При обжиге вермикулитовых конгломератов модель процесса теплоусвоения выражается уравнением [2]
011=^(01+02+03+04+05) + (1-^)-(06+07), (1) где в1 - теплота дегидратации химически связанной воды; в2 - теплота нагрева дегидратированного минерала; д3 - теплота фазового перехода воды; д4 - теплота перегрева водяных паров; в5 - теплота нагрева адсорбированных газов; вЕ1 - суммарная энергия теплоусвоения инертного материала (песка) и концентрата; k - коэффициент, учитывающий весовую долю концентрата в 1 кг вермикулитового конгломерата; в6 -теплота нагрева инертного материала; в7 - теплота испарения физической воды, адсорбированной инертным материалом.
в6 = 0,955 с1 m йТ; в7 =0,045 с2 m, где 0,955 и 0,045 - весовые доли сухой части и влаги в 1 кг инертного материала; с1 - средняя удельная теплоемкость инертного материала (для песка в диапа-
1
Рис. 1. Трехмодульная опытно-промышленная электрическая печь с последовательно сопряженными модулями обжига
Вермикулитобая руда
_1_
Дробление
Сушка
Классификация Магнитное
по крупности обогащение
Грубый дермикулитобый концентрат 60... 70%
Злектрический обжиг
Вермикулит
Обогащение путем воздушной сепарации
Рис. 2. Технологическая схема получения вспученного вермикулита из грубо обогащенных руд
зоне температур 293-1073 °К она изменяется в пределах 620-706 при среднем значении 663 Дж/(кг-°К) [9]); с2 - удельная теплота парообразования, равная 2250-103 Дж/кг; т - масса песка (1 кг), ДТ - изменение температуры вермикулита.
Количество теплоты, полученное сухим песком при обжиге конгломерата, равно
06=0,955-663-1-923=584,4 кДж.
Тепловая энергия фазового перехода адсорбированной песком воды при температуре 373°К равна 07=0,045-2250-103-1 =101,3 кДж.
С учетом полученных данных и суммарной энергии теплоусвоения для 1 кг ковдорского сырья 01=1201,9 КДж [2], выражение (1) примет следующий вид:
0л=1201,9-*+685,7-(1-Л). (2)
Энергия механической трансформации вермикулита для конгломератов Е1 определяется выражением Е=к0 +03+04+05). (3)
Значения Е1 для ковдорских конгломератов КВП-1, КВП-2 при содержании вермикулита 94, 52 и 27%, определенные по формуле (3), соответственно равны 617,8; 341,7 и 177,4 КДж/кг. Соответствующие ей значения КПД структурообразования вермикулита при обжиге конгломератов п равны 0,53; 0,36 и 0,22. При обжиге концентратов его значение выше - 0,544 [4]. Очевидно, что обжиг грубо обогащенных вермикули-товых руд является более энергоемким процессом из-за бесполезного расхода энергии на нагрев инертного материала (песка, каменного гранулята, слабогидра-тированных слюд).
Расход энергии при обжиге конгломератов возрастает по сравнению с обжигом чистых концентратов. Но вместе с тем уменьшается количество единиц обогатительного оборудования (и, следовательно, потребление энергии), упрощается технология, снижается численность персонала.
Концепция технологических комплексов для переработки грубо обогащенных вермикулитовых руд на базе специализированных электрических ППС-печей может стать актуальной применительно к небольшим месторождениям регионального значения, разработка которых при условии близости к крупным городам посильна для малого и среднего бизнеса.
Например, Слюдянское месторождение, где выявлены залежи высококачественного вермикулита суммарно 300-400 тыс. т, находится в непосредственной близости к автомобильной дороге М53, железной дороге и крупному железнодорожному и энергетическому узлу г. Слюдянки. Месторождение имеет региональное значение. При его освоении с перспективой доразведки на несколько десятилетий могут быть удовлетворены потребности г. Иркутска, Ангарска, Братска, Улан-Удэ, Читы, Красноярска и др.
На рис. 3 показана принципиальная схема специализированной печи со встроенным пневмораздели-тельным устройством, являющейся конечным звеном технологической линии для переработки грубо обогащенных вермикулитовых руд.
I рубообогащгнная вгршкуштовая р^да
Ингртнып Всщчгнный
матгрцал вграшкупгг
Рис. 3. Специальная электрическая модульно-спусковая печь для обжига слабообогащенных вермикулитовых руд и выделения вспученного вермикулита
Дозатор печи 1 подает одновременно по лоткам 2 обжигаемый материал на верхние модули 3. Как показывает опыт, из верхних модулей вермикулит выходит вспученным на 70-80%, обладая объемный весом 150-200 кг/м3 [4]. Это меньше объемного веса инертного материала, что позволяет эффективно разделить компоненты, поступающие в пневморазделительное устройство, уже на начальном этапе обжига. С помощью вытяжного вентилятора (зона G) и воздуховода 10 в термоизолированном осадительном бункере 9 создается разряжение и подсос воздуха в каналах пневморазделителя 4, 5, 6 и 7. Тяжелый инертный материал выпадает в канал 7 и отводится на поворотную площадку 12 с контргрузом 13 и в лоток 14 (зона Е). Такая конструкция накапливает инертный материал и не позволяет холодному воздуху постоянно входить в канал 7. Недовспученный вермикулит по каналу 6 всасывается в осадительный бункер 9 и далее поступает на нижние, последовательно сопряженные модули 11 для окончательного обжига и вспучивания.
Разряжение в бункере 9 создает подсос воздуха в каналах 4, 5 и 7. Чтобы вермикулит не успевал охлаждаться, воздухозаборники 8, установленные в зонах А выхода горячего воздуха, сообщены с каналами 5 и 7 в зонах С. В канале 5 установлена задвижка, позволяющая регулировать распределение расходов воздуха в каналах пневмораспределителя и настраивать процесс разделения компонентов.
Подсос горячего воздуха происходит и в зоне й, но он не препятствует поступлению вермикулита на модули обжига 11.
В зоне Р полностью вспученный вермикулит ссыпается в бункер или на транспортирующую машину.
Таким образом, инертный материал выводится из процесса обжига на начальной стадии, что уменьшает потери энергии, связанные с его нагревом, повышает КПД печи, снижает энергоемкость обжига вермикулита.
В настоящее время проводится моделирование и аналитическое исследование тепловых и механических процессов в специальной ППС-печи со встроенным пневморазделительным устройством. Одновременно ведется подготовка физической модели исследуемого объекта - разработка конструкции экспериментальной установки.
Статья поступила 21.10.2014 г.
Библиографический список
1. Нижегородов А.И. Адаптированный технологический комплекс для подготовки и обжига вермикулитовых концентратов с высоким содержанием инертного материала // Строительные и дорожные машины. 2009. № 12. С. 28-30.
2. Нижегородов А.И. Особенности обжига вермикулитового сырья с высоким содержанием инертного материала в электрических модульно-спусковых печах // Строительные материалы. 2013. № 1. С. 8-9.
3. Нижегородов А.И. Развитие концепции модульно-спусковых электрических печей для обжига вермикулитовых концентратов // Строительные и дорожные машины. 2009. № 10. С. 24-27.
4. Нижегородов А.И. Технологии и оборудование для переработки вермикулита: оптимальное фракционирование, электрический обжиг, дообогащение. Иркутск: Изд-во ИрГТУ,
2011. 172 с.
5. Нижегородов А.И. Эффективность огневых и электрических модульно-спусковых печей для обжига вермикулита // Технология машиностроения. 2010. № 1. С. 32-34.
6. Продукция // ЗАО «Ковдорслюда» [Электронный ресурс]. URL: http://www.kovsluda.ru/produktion.html (12 фев. 2006).
7. Производство вермикулита // StroyMart: строительный портал [Электронный ресурс]. URL: http://www.stroy-mart.com.ua/ru/publications (28 марта 2010).
8. Производство и применение вермикулита / под ред. Н.А. Попова. М.: Стройиздат, 1964. 128 с.
9. Расчет нагревательных и термических печей: справочное издание / под. ред. В.М. Тымчака и В.Л. Гусовского. М.: Металлургия, 1983. 480 с.
