Структурный анализ процесса диспергирования извести в агломерационном производстве Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕТАЛЛУРГИЯ

УДК 62-133.2+669

Власенко Д.А., к.т.н. Левченко Э.П.

(ДонГТУ, г. Алчевск, ЛНР)

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ИЗВЕСТНЯКА В АГЛОМЕРАЦИОННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Представлена структурная модель процесса измельчения известняка в молотковой дробилке, применяемой в агломерационном производстве. Проведен анализ подсистем подачи материала, измельчения и выгрузки готового продукта. Определены производительность, скорость движения сырья и готового продукта и его крупность.

Ключевые слова: молотковая дробилка, структурный анализ, производительность, скорость, крупность.

Проблема и ее связь с научными и практическими задачами.

Получение оптимальной крупности кусковых материалов во время дробления и измельчения исходного сырья в машинах различного типа имеет важное практическое значение для агломерационного производства. Это связано со значительным влиянием фракционного состава сырья на производительность процесса агломерации, а также потребительские свойства готового агломерата [1].

В настоящее время при дроблении флюсов, включая известняк, в металлургическом и агломерационном производствах широко используют молотковые дробилки [2], подачу исходного сырья в которые осуществляют вибрационным питателем. На выходе из вибрационного конвейера в районе загрузочного отверстия молотковой дробилки траектория движения кусков известняка определяется скоростью падения материала и вентиляционной способностью ротора. От этого зависит, в какую область рабочей зоны молотков ротора поступает дробимый материал, что, в свою очередь, оказывает влияние на значение угла, под которым произойдет соударение его с молотками, и на дальнейшее направление движения сырья к отбойным плитам, а также на то, в какой плоскости начнется дробление кусков известняка на поверхно-

сти плиты и в какой степени эффективности будет задействована ее рабочая зона.

Одним из способов, позволяющих проанализировать технологические процессы, протекающие в дробильных машинах, является применение структурного анализа, предоставляющего возможность оценить степень влияния различных факторов на отдельных этапах перемещения материала, как во время его загрузки в дробилку, так и в процессе диспергирования на более мелкие частицы [3].

Известно [4] существенное влияние крупности известняка, обожженного в циклонной печи (3-0 мм) и получаемого в кольцевой печи (3-12 мм), на показатели спекания агломерата. При одинаковой степени обжига известь циклонной печи обеспечивает увеличение на 6-7 % скорости спекания агломерата, повышение на 6-7 % выхода класса плюс 5 мм после испытания агломерата в барабане Рубина и уменьшение на 7-8 % выхода класса минус 0,5 мм, что обусловлено не только меньшей крупностью извести циклонной печи, но и большей ее активностью. Влияние крупности извести подтверждено и исследованиями [3, 4], что позволяет увеличить вертикальную скорость спекания агломерата от 15 до 37 %, а при содержании 40 % мелкой железной руды и высокой дисперсности

МЕТАЛЛУРГИЯ

вводимой извести (90 % класса минус 0,074 мм) снизить ее содержание до 1 % [5].

Постановка задачи. Задачей данной работы является выявление влияния факторов подачи кускового известняка в молотковую дробилку на эффективность использования рабочей поверхности отбойной плиты с точки зрения создания более рационального режима для диспергирования материала.

Изложение материала и его результаты. Структурную схему процесса диспергирования кусковой извести в агломерационном цехе можно представить в виде взаимосвязи элементов трех подсистем (рис. 1): 31.1 - загрузки дробилки исходными кусками извести; Б2л - дробления в

31.1

П11 V!! Dll г 1 г

32. 1

П21 V21 Г 1 D2l Г 1 г

33. 1

П31 Vзl ' 1 Dзl г 1

Рисунок 1 - Структурная схема

рабочей камере машины; Б3л - вывода готового продукта.

В качестве функциональных параметров первоначальной подсистемы выступают основополагающие для рассматриваемых процессов факторы - начальная скорость материала производительность в подсистеме Пп и крупность Dn, которые изменяются на соответствующие параметры Пп+1 и Dn+1 при переходе в последующую подсистему с состоянием Б^ь

Рассмотрим процессы, происходящие в подсистеме Бы, обеспечивающей загрузку дробилки исходными кусками известняка с помощью вибрационного конвейера.

На рисунке 2 отображено взаимное положение ротора и траектории движения кусков известняка, при котором угол соударения материала с молотками максимально позволяет использовать поверхность отбойных плит, но в такой ситуации количество подаваемого материала будет минимальным.

1

1 - вибропитатель; 2 - молотковая дробилка;

3 - выход готового продукта Рисунок 2 - Максимальный угол использования плит

Необходимо выбрать скорость движения материала по поверхности вибрационного питателя, соответствующую траектории падения кусков известняка и обеспечивающую оптимальное взаимоотношение эффективности дробления и количества загружаемого материала. Найдем зависимость количества загружаемого материала в дробилку и эффективности использования поверхности отбойных плит от скорости движения материала по вибрационному конвейеру.

МЕТАЛЛУРГИЯ

Скорость движения материала определим из формулы:

V = + Ат2яп р) ■ а ■&■ cos - (1)

где k1 и k2 - коэффициенты учитывающие физико-механические

свойства материла; k1 = 0,9, ^ =1,5 [6]; в=35° - угол наклона конвейера; Sn - площадь сечения загрузочного отверстия; а=1,6 мм - амплитуда колебаний трубы; а - угловая скорость эксцентрикового вала; в=35° - угол направления колебания (угол между коромыслом и перпендикуляром к трубе); Т=2,3 - коэффициент режима работы [6];

На рисунке 3 отображено положение, при котором количество подаваемого материала будет максимальным, но тогда угол соударения материала с молотками не позволяет использовать поверхность отбойных плит в полной мере и эффективность дробления падает.

Производительность вибропитателя [6]:

Пи = 3600 ■ F ■ а ■ V ■ ур -V, (2)

где F - площадь сечения трубы в свету,

2

м,

22

F=0,25жD =0,41 м ; ур - насыпная масса груза, Ур=1,5 т/м3 [6]; ф = 0,5 -коэффициент наполнения трубы.

Рисунок 3 - Минимальный угол обхвата отбойных плит

Время, затрачиваемое материалом на проникновение в рабочую зону молотков, при свободном падении составляет 0,38 с. Крупность исходных кусков известняка D11 в рассматриваемой подсистеме остается практически неизменной ввиду низкого потенциального и кинетического энергетического воздействия на него.

Рассмотрим влияние подсистемы S2.1, обеспечивающей диспергирование материала в рабочей камере молотковой дробилки.

Таблица 1 - Влияние скорости движения материала по виброконвейеру на эффективность использования отбойных плит и производительность

Угловая скорость эксцентрикового вала, с-1 Скорость движения материала по трубе, м/с Производительность вибропитателя, т/час Эффективность использования рабочей поверхности отбойной плиты, %

1 15 0,33 368 56,1

2 16 0,35 387 54,9

3 17 0,37 409 52,8

4 18 0,40 440 51,3

5 19 0,42 464 50,1

6 20 0,44 487 48,6

7 21 0,46 509 47,0

МЕТАЛЛУРГИЯ

Производительность определяется по формуле [7]:

П21 = В ■ Lp ■ h ■ n ■ z.

дробилки

(3)

где В - длина хорды дуги ротора, соприкасающейся с материалом, м; Lр - рабочая длина ротора, м; h - толщина слоя материала, соответствующая пути опускания свободно падающих тел по высоте молотка за один поворот ротора между последую-щими рядами молотков, м; п - частота вращения ротора, об/с; 2 - число рядов молотков.

Формула (2) дает завышенные данные по производительности в связи с тем, что не учитывает влияние толщины молотка, снижающей длину хорды дуги ротора. Учтем это вычтя толщину молотка с учетом количества их рядов:

П21 =(В - lM ■ z)■ Lp ■ h ■ n ■ z

(3)

где 1м - толщина молотка, м. Толщину слоя материала h определим из формулы пути [8]:

h = Ve ■ th,

(4)

где VI, - вертикальная скорость падения материала с конвейера в загрузочное отверстие дробилки, м/с; 4 - время поворота ротора на один ряд молотков, с,

Ve = V11 ■ sin 0, 2п

zrn

(5)

(6)

С учетом (5) и (6), а также, что п=30ю/л, формула (3) примет вид:

П12 = 60(В - 1м ■ z) ■ Lp ■ V11 ■ sin Р , м3/с (7)

Скорость движения материала в данной подсистеме определяется как [7]:

V21 = 1,75 -10-

о „

м/с (8)

где ар - предел прочности материала при растяжении, Па; р - плотность материала, кг/м3; Dсв - средневзвешенный размер исходного материала, м.

Внутри рабочей камеры машины известняк подвергается многокоратному соударению с молотками ротора и отбойными плитами, достигая размера отверстий в колосниковой решетке, что определяет крупность готового продукта D21=Dз1, выводимого из дробилки как под дествием сил инерции движущихся частиц, так и вентиляторным эффектом ротора, что обеспечивется подсистемой Б31. Для устойчивой работы дробилки производительность каждой из последующих подсистем должна быть равной, а лучше превышать производительность предыдущей подсистемы:

П31 > П21 > Пп.

(9)

Для повышения эффективности дробления, с точки зрения недопущения лишних затрат энергии, особо важным является своевременное удаление из рабочей камеры дробилки готового продукта, достигшего своей необходимой крупности. Это можно достичь своевременным отсосом пылевоздушной смеси, что увеличивает производительность молотковой дробилки до 30 % [9].

Производительность подсистемы выгрузки готового продукта можно определить как произведение суммарной площади отвестий в сите дробилки на скорость движения частиц дробленого известняка с учетом коэффициента сопротивления на прохождение частиц через отверстия.

П31 = PЁ o ' V21 ■К.

(10)

где Рео - суммарная площадь отверстий в колосниковой решетке; ^ - коэффициент сопротивления колосниковой решетки.

Выводы и направление дальнейших исследований.

Разработана структурная модель процесса измельчения известняка в молотковой дробилке при производстве агломерата. Полученные с помощью анализа подсистем данные об изменении основных параметров процесса для питателя с площадью сечения трубы 0,41 м2 показывают, что повышение эффективности работы

h

2

МЕТАЛЛУРГИЯ

дробилки достигается при максимальном использовании площади рабочих поверхностей отбойной плиты при производительности вибропитателя 368 т/ч и его скорости движения материала 0,33 м/с. Ре-

Библиографический список

зультаты численного расчета могут быть применены при выборе рациональных геометрических параметров оборудования для диспергирования известняка.

1. Блохин В. С. Основные параметры технологических машин. Машины для дезинтеграции твердых материалов. Ч. 1 / В. С. Блохин, В. И. Большаков, Н. Г. Малич. — Днепропетровск: ИМА-пресс, 2006. — 404 с.

2. Жилкин В. П. Производство агломерата, оборудование, автоматизация / В. П. Жилкин, Д. Н. Доронин. — Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы, 2004. — 292 с.

3. Левченко О. О. Використання системного тдходу до анал1зу роботи одновалковог зубчастог дробарки. / О. О. Левченко [Електронний ресурс] // Електронний в1сник Донбасу. — 2007. — № 2(2). Режим доступу до журн.: http://alma_mater.lnpu.edu.ua/elect_v/№2/07\looozd.pdf

4. Савельев С. Г. Применение в агломереционной шихте извести разной степени обжига / [С. Г. Савельев, Р. Д. Каменев, О. Г. Феродов и др.] //Изв. вуз. Черная металлургия, 1980. — № 3. — С. 24-26.

5. Большак В. В. Влияние извести различного качества на процесс производства агломерата / В. В. Большак, Г. С. Васильев, Е. И. Сулеменко // Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции «Проблемы производства и использования извести в черной металлургии». — Днепропетровск, 1979. — С. 63 - 64.

6. Иванченко Ф. К. Расчеты грузоподъемных и транспортных маши / [Ф. К. Иванченко, В. С. Бондарев, Н. К. Колесник и др.]. — Киев: Вища школа, 1978. — 576 с.

7. Борщев В. Я. Оборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы : учебн. по-соб. /В. Я. Борщев. — Тамбов: изд-во Тамбовского гос. ун-та., 2004. — 75 с.

8. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики / С. М. Тарг. — М.: Наука, 1974. — 478 с.

9. Соколов В. И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств /В. И. Соколов. — М.: Машиностроение, 1983. — 447 с.

Рекомендована к печати к.т.н., проф. ДонГТУ Ульяницким В.Н.,

д.т.н., проф ДонНТУЕронько С.П.

Власенко Д.О., к.т.н. Левченко Е.П. (ДонДТУ, м. Алчевськ, ЛНР)

СТРУКТУРНИЙ АНАЛ1З ПРОЦЕСУ ДИСПЕРГУВАННЯ ВАПНЯКУ В АГЛОМЕРАЦ1ЙНОМУ ВИРОБНИЦТВ1

Представлено структурну модель процесу подр1бнення вапняку у молотковой дробарщ, що застосовуеться в агломерацтному виробництв1. Проведено анал1з тдсистем подання матер1а-лу, подр1бнення та вивантаження готового продукту. Визначет продуктивтсть, швидюсть руху сировини та готового продукту та його крупшсть.

Ключовi слова: молоткова дробарка, структурний анал1з, продуктивмсть, швидюсть, круп-шсть.

Vlasenko D.A., PhD Levchenko E.P. (DonSTU, Alchevsk, LPR)

STRUCTURAL ANALYSIS OF LIME DISPERTION PROCESS IN AGGLOMERATE PRODUCTION

Structural model of lime grinding in a hammer crusher that is used in sintering production was shown. Analysis of subsystems for material feed, grinding and unloading of finished product was carried out. Productivity, speed of raw materials and finished product movement and its fineness were defined.

Key words: hammer crusher, structural analysis, productivity, speed, fineness.