CC BY
10Романович А.А., д-р техн. наук, проф., Воронов В.П., канд. тех. наук, доц., Мещеряков С.А., инженер Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Апухтина И.В., ассистент Белгородский государственный университет
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ, РАСХОДУЕМОЙ НА ДЕЗОГЛАМЕРАЦИЮ СПРЕССОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРЕСС-ВАЛКОВОМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕ
В статье представлены аналитические исследования по расчету мощности потребляемой на дезагломерацию материалов, предварительно измельченных и спрессованных в пресс-валковом измельчителе.
Ключевые слова: пресс-валковый измельчитель, мощность, дезагломерация спрессованных материалов.
Введение. Известно, что использование пресс-валковых измельчителей (ПВИ) в технологической линии помола цемента позволяет повысить производительность помольной линии на 25-35 % [1, 2]. Однако выходящий из ПВИ материал имеет структуру в виде прессованной ленты, что требует особых условий его дезагло-мерации и окончательного помола. За рубежом широкое распространение получили технологические помольные схемы, включающие в себя ПВИ, молотковую дробилку, используемую для дезагломерации спрессованных пластин и традиционную шаровую мельницу для окончательного помола шихт, работающую в открытом или замкнутом цикле измельчения [3, 4, 6]. Реализация такой схемы позволяет повысить производительность шаровой мельницы на 30 % и на 15-18 % снизить удельный расход электроэнергии. Известны также способы помола материалов, при которых материал сначала измельчается между валками ПВИ под высоким давлением, а затем разрушается образованный агломерат во вращающемся дисковом питателе или в элеваторе с центробежной разгрузкой [3, 4], а окончательный помол также осуществляется в шаровой мельнице. Приведенные способы помола материалов позволяют повысить производительность конечного агрегата на 20-35 % и снизить энергозатраты на 10-20 %.
Однако применение дополнительного агрегата для дезагломерации спрессованного материала влечет за собой повышение затрат на содержание и эксплуатацию помольного оборудования.
Фирмой «Humboldt Wedag» разработан способ измельчения материалов, в котором дезаг-ломерация и окончательный помол шихты осуществляется в одном агрегате - ШМ. Мельница в этом случае имеет две камеры, первая из которых служит для разрыхления агломерата без мелющих тел или с небольшим их количеством, а
во второй осуществляется окончательный помол. Однако при реализации этого способа не эффективно используется объем и возможности помольного агрегата. Поэтому целесообразно проводить исследования, связанные с созданием оборудования и способа помола, который позволяет производить предварительное измельчение и дезагломерацию шихты в одном агрегате [5, 7].
Методология: Рациональное решение данной проблемы заключается в разработке и созданию агрегата совмещающего в себя процессы измельчения материалов давлением и разрушения спрессованных пластин. Проведенные экспериментальные исследования по изучению влияния давления измельчения материалов на величину усилия разрушения спрессованных в ПВИ пластин [8] позволили установить, что с увеличением давления прессования увеличивается не только степень измельченности материала, но и прочность спрессованных пластин. Причем для их дезагломерации необходимо в зависимости от направления прилагать различные по величине усилия, также установлено, что целесообразно прилагать усилия их разрушения в направлении перпендикулярном прессованию или сочетание раздавливающих и сдвиговых деформаций.
Основная часть. С учетом полученных результатов исследования нами разработана опытная конструкция ПВИ с устройством для дезаг-ломерации спрессованной ленты, которая позволяет совместить в себе процессы измельчения и дезагрегации спрессованного материала, тем самым снизить эксплуатационные затраты и повысить эффективность использования помольного агрегата (рис. 1).
Пресс-валковый измельчитель с устройством для дезагломерации включает в себя загрузочный бункер 2, установленные на раме конические валки 1 и дезогламерирующее устрой-
ство, которое состоит из дополнительных валков 3, имеющих конусность обратную основным
валкам.
Рис. 1. Пресс-валковый измельчитель с устройством для дезагломерации материалов:
а) схема, б) опытная установка
Агрегат для измельчения материалов работает следующим образом. В загрузочный бункер 2 подается исходный материал, например, клинкер который захватывается коническими валками, между которыми осуществляется его разрушение и прессование.
Выходя из межвалкового пространства в виде спрессованных пластин материал, разрушается между двух дополнительных валков конических валков.
Дополнительные валки имеют обратный конус с основными коническими валками и тем самым осуществляют противоположно направленное силовое воздействие на измельченный и спрессованный в основных валках материал, что позволяет произвести не только его дезагломе-рацию, но и раскрыть микротрещины частиц.
Как показали исследования, в зависимости от исходного материала и режима его измельчения в ПВИ в нем содержится от 30 % до 40 % готового продукта с размерами зерен менее 80 х 10-3 мм. Удаление, которого перед агрегатом окончательного помола позволяет значительно снизить энергозатраты. Однако на процесс дез-агломерации материалов дополнительно затрачивается мощность, расходуемая на перемещение и разрушение спрессованных пластин, а отсутствие методики расчета её величины тормозит внедрение данной конструкции ПВИ в производство.
Для нахождения мощности, затрачиваемой на разрушение спрессованных пластин материала между пресс-валками, обратимся к расчетной схеме, представленной на рисунке 2.
Согласно, расчетной схемы (рис. 2) площадь силового воздействия от момента захвата
материала до выхода его из валков (заштрихованной фигуры), и объем соответственно равны:
^о(ао) = М 5та0 — Я'
«о + у151п2 а 0. (1)
Рис. 2. Расчетная схема для определения площади разрушаемой пластины материала
У = 5о (ао)-й. (2)
В результате захвата вращающимися валками пластины материала под действием силы упругости в нем возникает энергия равная:
& = к °у ау = -2(к1-а2), (3)
где к - коэффициент жесткости блока пружин; Ъ0 - исходная толщина пластины материала; й -линейный размер частиц измельченного материала.
В результате введения энергии (3) в объеме (2) совершается работа по разрушению пластины материала, величина которой равна:
д = 1ÈL - °Р5о(ао)ф
2 Е
2 Е
(4)
где оР - предел прочности пластины материала при одноосном сжатии; Е - модуль Юнга разрушаемого материала; Ь - ширина валков.
На основании (3) и (4) получаем следующее соотношение:
к ,, 9 ,9ч OpS0(a0)-b
2 Е
(5)
Исходя из (5) величина линейного размера измельченного материал, равна:
d = h0- ¡1-
aßS0(a0yb кЕ
(6)
В силу положительности подкоренного выражения в (6) можно получить следующее неравенство:
к>к0 (7)
где введено следующее обозначение:
к,
Up,
(TpS0(a0yb
(8)
Полученное соотношение (8) определяет минимально допустимое значение величины жесткости блока пружин, при которой происходит дезагломерация (разрушение) спрессованного материала.
Величина мощности, затрачиваемая на разрушение пластины материала N при повороте волков пресс-валкового измельчителя на угол
а0 :
NP = A-1, где время можно определить как:
со
(9)
(10)
^ - частота вращения валков.
С учетом выражений (10), (9) , (4) получим уравнение для определения мощности, затрачиваемой на разрушение измельченного и спрессованного в пластины материала между основными валками ПВИ:
NP =
g|50(a0)-b-a0 2-E-cô
(11)
Таким образом, полученное аналитическое выражение (11) позволяет определить мощность, затрачиваемую на дезагломерацию измельченного и спрессованного между основными валками материала с учетом геометрических
размеров валков и физико-механической характеристики материала.
Выводы. Проведенные экспериментальные исследования на опытной установке ПВИ подтвердили эффективность от использования и высокую сходимость результатов, полученных расчетным и экспериментальным путем. Расхождения составили не более 10-15 %
В настоящее время проводятся работы по внедрению опытно-промышленной установки в технологическую линию для производства строительных смесей, расположенной на производственной площадке ООО «СпецСтрой-5».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Романович А.А., Алехин П.В., Мещеряков С.А Определение усилия измельчения ани-затропных материалов в пресс-валковом измельчителе // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2010. №3. С. 79-82.
2. Romanovich A.A. The technology of nano-materials obtaining with using of traditional milling equipment // International Conference on European Science and Technology. 2012. S. 233-236.
3. Романович М.А., Рудычев А.А., Романович Л.Г. Венчурное инвестирование в инновационные предприятия за рубежом и в России // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. №4. С. 124-127.
4. Богданов В.С., Семикопенко И.А., Масловская А.Н., Пензев П.П. Дезинтегратор с узлом высокоскоростной подачи измельчаемого материала // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. №1. С. 101-103.
5. Романович А.А. Энергосберегающий помольный комплекс для переработки природных и техногенных материалов: монография, Белгород: Изд-во БГТУ, 2006. 187с.
6. Шонерт К. Энергетические аспекты хрупких материалов // Zement-kalk gips. 1979. Т.32. №11. р. 1-9.
7. Шонерт К., Кноблох О. Измельчение цемента на валковом измельчителе в постели материала // Zement-kalk gips 1986.Т.37. №11. р. 19.
8. Романович А.А., Орехова Т.Н., Мещеряков С.А, Прокопенко В.С. Технология получения минеральных добавок // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. №5. С. 188192.
Romanovich A.A., Voronov V.P., Meshcheryakov S.A., Apukhtina I.V.
CALCULATION OF THE POWER REQUIRED FOR DESAGGLOMERATION PRESSED MATERIAL IN THE PRESS-ROLLER GRINDER
The paper presents an analytical study on the calculation ofpower consumption for desagglomeration materials, pre-crushed and pressed in a press roller grinder. Key words: press roller chopper, power, desagglomeration pressed materials.
Романович Алексей Алексеевич, доктор технических наук, профессор кафедры подъёмно-транспортных и дорожных машин.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46. E-mail: [email protected]
Воронов Виталий Павлович, кандидат технических наук, профессор кафедры механическое оборудование и технология машиностроения.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Мещеряков Сергей Анатольевич, инженер кафедры подъёмно-транспортных и дорожных машин. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46. E-mail: [email protected]
Апухтина Инна Васильевна, ассистент кафедры общей математики. Белгородский государственный университет Адрес: Россия, 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85.
