CC BY
26
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.927
СЕПАРАЦИЯ ШЛАМОВ ПОДШИПНИКОВОГО ПРОИЗВОДСТВА В МАГНИТОВИБРИРУЮЩЕМ СЛОЕ
© 2007 г. Д.М. Плотников
Создание новых технологий сепарации на современном этапе позволяет перерабатывать трудноподдающиеся возврату в производство техногенные отходы. В частности магнитные сепараторы - это многоцелевые системы, предназначенные для утилизации железосодержащих отходов путем отделения магнитных примесей от немагнитных [1]. Различают магнитные сепараторы, использующие в своей работе постоянные магниты и электромагниты. Данные сепараторы эффективны при обогащении железосодержащих отходов органического класса и мало эффективны при переработке многокомпонентных порошковых трудноразрушимых конгломератов, таких, например, как шлам шлифовального производства. Утилизация шлама заключается в отделении смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и разделении металлической и неметаллической фракций (абразива). Что касается первой стадии, то широко применяется на практике большое количество способов и установок обезжиривания [2], например, на центрифужных установках с дальнейшей регенерацией СОЖ. С разделением металлической фракции и абразива дела на данный момент обстоят сложнее, связано это, главным образом, с трудностью разрушения агрегатов, образованных из металлических частиц с высокоразвитой поверхностью и имеющих форму стружки лезвийной обработки металла (рис. 1), а также большой силой межчастичного взаимодействия когезионной и магнитной природы частиц металла.
Рис. 1. Шлам с операции финишной шлифовки колец подшипников
Повышение индукции магнитного поля в сепараторах, работа которых основана на постоянных магнитных полях, приводит к увеличению устойчивости конгломерата из-за возрастания магнитной компоненты межчастичного взаимодействия. Решением проблемы качественной переработки шлифовальных шламов может быть сепарация в магнитовибрирую-щем слое (МВС) [3].
Целью работы является описание особенностей сепарации шламов подшипникового производства в магнитовибрирующем слое за счет комбинированного действия магнитных полей постоянного и переменного электромагнитов с разомкнутыми магнитопрово-дами, силовые линии которых направлены взаимно перпендикулярно.
При внешнем периодическом воздействии в дисперсных системах происходят превращения, особенности которых обусловливаются
интенсивностью воздействия [4]. По мере увеличения амплитудных значений воздействия дисперсная система приобретает подвижность -псевдотекучесть [5]. Такое состояние порошков принято называть состоянием псевдоожижения (ПО). В этом состоянии сцепление между частицами ослабевает, происходит более плотная укладка частиц. Наибольшее уплотнение происходит при амплитудных значениях ускорения, близких к ускорениям свободного падения.
При дальнейшем увеличении интенсивности колебаний связи между частицами дисперсной среды уменьшаются и периодически нарушаются, и среда переходит как бы в состояние кипения. Это состояние, называемое псевдокипением, характеризуется разрыхлением сыпучего тела и усилением циркуляции его частиц. В стадии псевдокипения можно выделить два характерных состояния: сегрегация частиц и их интенсивное перемешивание. Второй режим реализуется при более интенсивном воздействии. Переход от состояния псевдоожижения к псевдокипению осуществляется, как правило, при ускорениях, превышающих ускорение свободного падения [6]. Критические ускорения и энергозатраты зависят от свойств сыпучего тела, толщины слоя, сил сцепления между частицами и других факторов. Эффективность сепарации, а также ее скорость напрямую зависят от степени хаотизации частиц в межполюсном пространстве.
Отмеченные особенности свойств шламовых отходов шлифовального производства не позволяют провести эффективное разделение порошков в псев-докипящем слое, полученном за счет механической вибрации. Пондеромоторные силы в неоднородном магнитном поле должны обеспечить эффективное разрушение конгломератов и интенсивное их движение.
Для переработки шламов шлифовального производства была разработана и построена установка маг-нитовибрационной сепарации, блок-схема которой представлена на рис. 2.
счет межчастичного взаимодействия и эффективный просев через сито [3].
Необходимость помола обезжиренного и высушенного шлифовального шлама была экспериментально доказана (рис. 3). Суть данного эксперимента заключалась в магнитовибрационной сепарации обезжиренного шлифовального шлама с применением помола (1) и без такового (2). В дальнейшем по методу нерастворимого остатка определялось остаточное количество немагнитной фракции в стальном порошке.
100
90
80
70
60
50
40
%, об.
Рис. 2. Блок-схема установки магнитовибрационной сепарации: 1 - блок отделения СОЖ; 2 - блок сушки; 3 - блок измельчения и просева; 4 - блок разделения абразива и металлического порошка; 5 - маслосборник; 6 - накопитель абразива; 7 - накопитель металлического порошка
Блок отделения СОЖ (1) представляет собой подогреваемый резервуар из немагнитного материала с 70 %-м раствором №ОН или КОН и наведенным внутри постоянно-переменным магнитным полем, обеспечивающим равномерное распределение шлама по всему объему резервуара, а также бесконтактное перемешивание раствора. Отделение СОЖ происходит за счет эффективного моющего действия водного раствора щелочи, введение в процесс магнитного поля увеличивает скорость отделения из-за интенсивного перемешивания шлама. Отделившаяся СОЖ всплывает на поверхность раствора, откуда собирается лопастным механизмом и сливается в маслосборник (5). Блок сушки (2) состоит из конвейера, проходящего сквозь керамическую камеру сушки. Из-за необходимости дробления трудноразрушимых конгломератов шлама размером более 0,63 мм введен блок измельчения и просева (3), состоящий из бильной мельницы с наводимым МВС в камере и ситом. Наводимый в камере бильной мельницы МВС обеспечивает удержание в области бил порошка, повышающее интенсивность помола, разрушение агломератов шлама за
100
200
300
400
500
t, с
Рис. 3. Зависимость отделившегося абразива от времени при использовании помола (1) и без измельчения (2)
Как видно из рис. 3, введение помола после операции обезжиривания увеличивает эффективность сепарации более чем на 30 %. Объясняется это разрушением при помоле спеков шлама трудноподдающихся разрушению даже в МВС. Кроме того из графика видно, что уже через 3 минуты наблюдается практически полное разделение металлического порошка и абразива.
Заключительный блок разделения абразива и стального порошка (рис. 4) состоит из профильной трубы (1) из немагнитного материала с расположенным на дне шнеком (7) для удаления из камеры в сборник абразива, расположенной в межполюсном пространстве разомкнутых магнитопроводов постоянного (3) и переменного (4) электромагнитов. Последние создают МВС в рабочей области трубопровода, позволяющий осуществлять процесс интенсивного псевдокипения сухого шлама. Шлам подается дозиро-ванно в профиль (1), расположенный между магнито-проводами (3) и (6) электромагнитов (2) и (8) через загрузочную горловину (5).
Рис. 4. Блок разделения абразива и стального порошка
В рабочей зоне профильной трубы (1) создается магнитовибрационный слой, в котором происходит процесс сепарации за счет интенсивного перемешивания шлама. Отделившийся абразив осыпается на дно профиля и шнеком (7) уводится в сборочный контейнер.
Выводы
Проведенные исследования показали:
- магнитовибрирующий слой является эффективным инструментом сепарации, позволяющий преодолевать силы межчастичного взаимодействия;
- процесс разделения магнитного и немагнитного порошков шлама шлифовального производства в маг-нитовибрирующем слое высокоэффективен и дает возможность вернуть в производство порошки высокой степени чистоты.
Литература
1. Мищенко А.С., Тишин А.М. Магнитные сепараторы -
многообразие конструкций. http://www.ndfeb.ru/articles/ separat.htm.
2. http://chemachine.rU/cmash/c/devices_distributing_for_liquid s_for_the_chemical_industry/s/785657.html.
3. Вернигоров Ю.М. Магнитовибрационная технология производства порошковых магнитов: Дис. ... д-ра техн. наук. Ростов н/Д., 1995.
4. Блехман И.И. Что может вибрация. М., 1988.
5. Вернигоров Ю.М., Егорова С.И., Лемешко Г.Ф., Наследников Ю.М. Влияние электромагнитных полей на текучесть магнитожестких порошков // Порошковая металлургия. 1991. № 11. С. 46 - 51.
6. Вибрации в технике: Справочник: В 6 т. / Ред. совет: В.Н. Челомей; Под ред. К. В. Фролова. М., 1981.
Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону 29 октября 2007 г.
