Прессование тонкодисперсных материалов в присутствии жидкой фазы Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 621.762 В. Н. КОКОРИН

ПРЕССОВАНИЕ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ В' ПРИСУТСТВИИ ЖИДКОЙ ФАЗЫ

Рассмотрены вопросы прессования многокомпонентных смесей, одна из фаз которых является жидкой.

Ключевые слова: материалы тонкодисперсные, утилизация, прессование, брикет.

Условиями промышленного освоения технологических процессов утилизации тонкодисперсных отходов аглодоменного (пыль доломита и известняка) и конверторных (железосодержащий шлам: ¥е-а = 41...43 % масс, доля) производств чёрной металлургии являются: определение и установление общей концепции рационального решения проблем утилизации дисперсных техногенных отходов на основе обеспечения экологической безопасности промышленного производства и ресурсосбережения; выявление механизмов смесеприготовления и прессования брикетов; минимизация трудоёмкости и энергосиловых параметров образования гомогенной структурнонеоднородной, плотноупако-ванной механической смеси.

Путями решения поставленных проблем явились следующие мероприятия:

- изучение структуры и свойств основных видов тонкодисперных отходов аглодоменного и конверторного производств;

- выявление функциональных связей между контролируемыми входными технологическими параметрами и выходными откликами - параметрами оптимизации, которые определяют характеристики процессов утилизации;

- определение влияния содержания (массовой доли) связующего, его вида и структуры, давления прессования (и его технологической схемы), времени и интенсивности перемешивания, рациональной траектории принудительного движения дисперсных частиц (с целью получения гомогенной структуры смеси) на механическую прочность (хрупкость) брикетов при динамических нагрузках.

Эксперименты по определению характеристик прессования осуществляли обжатием брикетируемой массы в замкнутом простран-

© В. Н. Кокорин, 2007

стве под фиксированным давлением. Брикеты прессовали на гидравлическом прессе с номинальным усилием 1600 кН по схеме одностороннего прессования при давлениях от 50 МПа (0,5

7 9

т/см ) до 200 МПа (2 т/см"), что соответствует силовым режимам и схемам нагружения брикетиро-вочного валкового пресса.

На количественном и качественном уровнях выявлено влияние массовой доли жидкого стекла (%), давления прессования МПа) и времени перемешивания (Т, мин) на механическую

прочность на сжатие брикетов (<7свж, МПа); их

относительную плотность (ротн, %) и ударную

прочность (хрупкость) - процент хрупкого отсева; относительную высоту брикета (Ь/<1) - геометрическую характеристику формообразования; усилие выталкивания брикета (Рвыт, кН).

Установлена детерминированная связь указываемых характеристик со временем хранения готовых брикетов, продолжительностью перемешивания и массовой долей жидкого стекла.

Усилие выталкивания брикетов из пресс-формы (выпрессовывание) уменьшается с уменьшением давления прессования, времени перемешивания и массовой доли жидких связующих сред (ЖСС).

Механические испытания брикетов на сжатие проводили на испытательной машине модели УМ Д-20. Нагружение - статическое, процесс останавливается при образовании развитой макротрещины. Испытания образцов проводили согласно рекомендациям и течение 24 часов после изготовления смеси и брикетирования.

Процент отсева определяли по нормам отрасли. Отпрессованные брикеты (суммарная масса 10 кг) сбрасывали с высоты 2 метра на бетонное основание. Затем эту партию брикетов сбрасы-

вали повторно. По итогам двухкратного сбрасывания рассеивали фрагменты с целью установления их гранулометрического состава.

Выявляли массовую долю (%) тонких фрагментов, имеющих усреднённый диаметр с1уср < 5 мм, считающихся отсевом, идущим на повторную переработку (утилизацию).

На рис. 1 представлена интерпретация функциональных зависимостей сгсдж = f (%- массовая

доля жидкого стекла; я; Т).

Установлено, что существует прямая детерминированная связь между уровнем механических свойств брикетов и массовой долей ЖСС. Причём наибольшая прочность брикета обеспечивается после относительно длительного периода твердения (24 ч).

а

& сж.А

Увеличение давления приводит к уменьшению процента отсева, что объясняется уменьшением свободного порового пространства. Следует отметить, что увеличение в 2 раза процента жидкого стекла способствует существенному уменьшению (примерно в 2 раза) процента хрупкого отсева, что можно объяснить ухудшением условий механического перемещения объёмов дискретного материала, внедрением тонких фрагментов в поры. Установлена обратная функциональная связь процента отсева от времени перемешивания и давления прессования.

Для установления факторов, влияющих на характер удаления отпрессованного брикета из пресс-формы, проведены эксперименты и рассмотрены функциональные связи: Рвыт = {(ц; % жидкого стекла; время перемешивания Т). Минимизация усилия выталкивания установлена в режиме минимальных значений указанных показателей.

Используя показанные на рис. 2 графики изменения относительной высоты брикета (характеристики интенсивности геометрии формоизменения) от технологических режимов = £ (ц, % жидкого

стекла, Т), можно установить, что определяющим в процессе изменения геометрии брикета является величина прикладываемого давления.

% отс.

8

6

4

2

1-2,5% ж. ст, Т=1 мин;

2-5% ж. ст.. Т=1 мин ,-

3-2,5% ж. ст., Т=5 мин

4-5% ж. ст, Т=5 мин.

д.ИПа

ж.с

%

1-0=50 ППц 2,5% ж. ст;

2-д=200 МПа, 2,5% ж ст.;

3-д=50 ИПа, 5% ж. ст.;

4-д=200 МПа, 5% ж. ст.

ж.с. %

1-ц=200 МПо, Т=5 мин; 2-4=200 МПо, Т=1 мин; 3~Ч=50 МПо, Т=5 мин; 4-(^50 МПа, Т=1 мин.

Рис. 1. Влияние массовой доли жидкого стекла и времени выдержки на механическую прочность брикета: а, б, в - соответственно сырые брикеты

через 1ч, через 2 ч

% отс.

% отс

1-ц=25 ППц Т=1 мин;

2-4=200 ППо, Т=1 мин;

3-ц=50 МПа, Т=5 мин;

4-ц=520 ППо, Т=5 мин.

2 3 4 5 ж.с. %

Рис. 2. Влияние давления прессования, массовой доли жидкого стекла и времени перемешивания на процент отсева

Т. мин.

Наиболее информативными являются результаты экспериментального исследования влияния соотношений между относительной плотностью отпрессованного брикета, являющейся доминирующей характеристикой плотноупакованного брикета, и параметрами процесса.

Таким образом, выявлен эффективный диапазон технологических параметров процесса подготовки и переработки металлургических отходов; экспериментально установлены основные закономерности формоизменения, что дало возможность проведения моделирования многофакторных процессов утилизации отходов аглодоменного и конверторного производств.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кокорин, В. Н. К стадийности прессования

двухкомпонентных смесей с различным агре-

гатным состоянием / В. Н. Кокорин, М. В. Кокорин // Вестник УлГТУ. - 2002. - №1. -С. 38-41.

2. Радомысельский, И. Д. Некоторые особенности уплотнения порошков на разных стадиях прессования / И. Д. Радомысельский, Н. И. Щербань // Порошковая металлургия. -1980. -№11. - С. 12-19.

Кокорин Валерий Николаевич, кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Материаловедение и обработка металлов давлением» УлГТУ. Работает в области теории и технологии прессования многокомпонентных структур.