CC BY
22
ВЕСТНИК
МГСУ
строительное материаловедение
УДК 621.926
Н.М. Ладаев, Н.С. Жбанов
ФГБОУ ВПО «ИГАСУ»
ВЛИЯНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ НА СТЕПЕНЬ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
Исследовано разрушение одиночных частиц различных материалов в мельницах ударного нагружения. Установлено, что вероятность разрушения определяется двумя параметрами: скоростью нагружения и скоростью начала разрушения.
Ключевые слова: измельчение, вероятность разрушения, степень измельчения, скорость начала разрушения.
Дробление материалов в мельницах ударного принципа действия характеризуется двумя показателями: степенью измельчения и вероятностью разрушения [1, 2]. Под вероятностью разрушения следует понимать долю частиц, которые в результате дробления перешли в более мелкий класс, под степенью измельчения — отношение среднего размера частиц до и после разрушения ударом.
Экспериментальные исследования процесса разрушения одиночных частиц различных материалов проводились на установке (рис. 1), представляющей собой центробежный ускоритель роторного типа.
На внутренней торцевой поверхности корпуса установлены неподвижные контрударники. Подвергаемый разрушению материал через загрузочный патрубок поступает в центр быстров-ращающегося ротора, разгоняется под действием центробежных сил и при вылете ударяется о неподвижные контрударники. Неподвижные контрударники установлены таким образом, чтобы удар был прямым.
Скорость вращения ротора ускорителя регулировалось двигателем постоянного тока. Разрушенные осколки собирались в приемном бункере, откуда затем извлекались для определения их гранулометрического состава. разрушению подвергались одиночные частицы (кварц, известняк, базальт, мел, цементный клинкер) узких фракций размерами от 10 до 0,1 мм.
На рис. 2 приведены результаты изменения вероятности разрушения одиночных частиц кварца в зависимости от скорости удара и начального размера частиц. Аналогичные результаты получены при разрушении одиночных частиц базальта, известняка, клинкера и мела.
Рис. 1. Установка для разрушения частиц ударом: 1 — корпус; 2 — вал; 3 — ротор; 4 — разгонная лопатка; 5 — отбойные плиты; 6 — загрузочный патрубок; 7 — выгрузочное отверстие; 8 — электронный измеритель скорости ТСА
© Ладаев Н.М., Жбанов Н.С., 2012
103
ВЕСТНИК
5/2012
Р
1
0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0
0
100
т-■
200 300 V, м/с
Рис. 2. Влияние скорости удара на вероятность разрушения (материал кварц): 1 — ан 8...7 мм; 2 — ан 4...3 мм; 3 —
С увеличением скорости удара вероятность разрушения приближается к единице, а при уменьшении — к нулю. Для различных материалов, отличающихся как механическими свойствами, так и исходными размерами, существует своя предельная скорость, названная нами скоростью начала разрушения. скорость начала разрушения V для различных материалов зависит от размера исходных частиц и механических свойств дробимого материала. В качестве критерия для оценки механических свойств были приняты: модуль упругости ц и коэффициент Пуассона V, т.е.
Кр=/(ц, р,у).' ' ' (1)
где V, — скорость распространения упругой волны, м/с; р — плотность разрушаемого материала, кг/м3.
Обработка экспериментальных результатов позволила получить значение Vнр в явном виде
Кнр=Гр-КГ3(0,9 + 2,5 К5). (2)
где ан — начальный размер частиц исследуемого материала, мм.
Предложено для определения вероятности разрушения воспользоваться безразмерной величиной V/V у В результате такой обработки все экспериментальные результаты располагаются на одной кривой (рис. 3).
Р
0,6 0,4 0,2 0
0 5 10 15
20 м/с
ё„ 2.1,5 мм; 4
а 0,75.0,5 мм
Рис. 3. Зависимость вероятности разрушения от V/VнY X — а = 8.7 мм; ■ — а = 4.3 мм; 0 — d = 2.1,5 мм; о — а = 0,75.0,5 мм
104
КБИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 5
Строительное материаловедение
ВЕСТНИК
МГСУ
С учетом безразмерного комплекса У/У вероятность разрушения вышеперечисленных материалов можно рассчитать по уравнению
У-У )
, (3)
а к,,..
Р = \- ехр < - -
где a — зависящий от вида разрушаемого материала коэффициент, значение которого можно вычислить из эмпирической зависимости вида
а = 0,5 + 5л/((-;10 ! \ (4)
Установлено, что вероятность разрушения при d50 = т также зависит от скорости удара, свойств материала и исходного размера dн частиц. Для нахождения связи между гранулометрическим составом продуктов разрушения и вероятностью Р предложено воспользоваться безразмерным комплексом вида (рис. 4).
1
0,8 0,6 0,4 -0,2 -0
Рис. 4. Влияние вероятности разрушения Р на величину d50/dн
Анализ приведенных результатов (см. рис. 3) показывает, что величина d50/dн уменьшается с увеличением вероятности разрушения и может быть представлена выражением
¿50Я=1-Р. (5)
Безразмерный комплекс d50/dн является величиной обратно пропорциональной степени измельчения (разрушения)
с/5о 'с/,, 1 / , (6)
где I — степень измельчения материала при ударе.
Совместное решение уравнений (3) и (5) позволяет определить размер частиц при 50 %-ной вероятности разрушения в зависимости от скорости удара
Г У-У )
(/,п=т = с1исхр - " >. (7)
i 1
Таким образом, экспериментальные исследования по разрушению одиночных частиц показывают, что вероятность разрушения характеризует не только долю частиц, которые стали меньше исходной фракции, но и степень измельчения материала.
Библиографический список
1. Ладаев Н.М., Гуюмджян П.П., Жбанова Е.В. О критерии разрушения одиночных частиц хрупких материалов ударом // Материалы XV Междунар. науч.-техн. конф. Иваново : Иван. гос. архит.-строит. университет, 2008. С. 837—839.
2. Ладаев Н.М., Гуюмджян П.П., Ваганов Ф.А. О разрушении одиночных частиц хрупких материалов // Материалы XV Междунар. науч.-техн. конф. Иваново : Иван. гос. архит.-строит. университет, 2008. С. 840—843.
Поступила в редакцию в марте 2012 г.
Research of building materials
105
ВЕСТНИК 5/2012
Об авторах: Ладаев Николай Михайлович — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры производства строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» (ФГБОУ ВПО «ИГАСУ»), Россия, 153037, г. Иваново, ул. 8 Марта, д. 20, 8 (4932) 41-39-06, k_psm@igasu.ru;
Жбанов Никита Сергеевич — аспирант кафедры строительной механики, ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» (ФГБОУ ВПО «ИГАСУ»), Россия, 153037, г. Иваново, ул. 8 Марта, д. 20, 8 (4932) 41-39-06, ns_dozor@mail.ru.
Для цитирования: ЛадаевН.М., ЖбановН.С. Влияние вероятности разрушения на степень измельчения материалов // Вестник МГСУ 2012. № 5. С. 103—106.
N.M. Ladaev, N.S. Zhbanov
INFLUENCE OF PROBABILITY OF DESTRUCTION ON THE REDUCTION RATIO OF MATERIALS
Destruction of single particles of various materials by shock loading mills is the subject of research covered by the article. The process of destruction of materials in the mills of the shock type is characterized by the two indicators, including the reduction ratio and the probability of destruction. The results of the research have proven that the higher the speed of the mill operation, the higher the probability of destruction, and vice versa.
Various materials that have different mechanical properties and initial dimensions of particles demonstrate different destruction triggering speed at which the crushing begins.
Experiments have proven that the mill operation speed at which destruction begins depends on the mechanical properties of a material and the initial size of particles.
Processing of the experimental data makes it possible to identify the relation between the mill operation speed at which destruction begins, the speed of a longitudinal wave and the initial size of the particles.
The authors suggest that the probability of destruction correlates with the speed of the mill operation. The experiment may be represented as one curve.
The researches have proven that if the probability of destruction is equal to 50%, the average particle size depends on the properties of the material, the crushing speed rate and the initial size of particles. By using the relation between the reduction ratio, the initial size of particles, the size of particles, and the 50% probability of destruction, factors of impact onto the reduction ratio were identified.
Processing of results of experimental researches has proven that the reduction ratio depends on the same parameters as the probability of destruction.
Key words: crushing, probability of destruction, reduction ratio.
References
1. Ladaev N.M., Guyoumdjyan P.P., Zhbanova E.V. O kriterii razrushenija odinochnyh chastic hrupkih materialov udarom [About criterion of destruction of single particles of fragile materials in blow]. The materials of the XV International nauch.-tekhn. ^nf. IGASU. Ivanovo 2008. pp. 840—843.
2. Ladaev N.M., Guyoumdjyan P.P., Vaganov F.A. O razrushenii odinochnyh chastic hrupkih materialov [About destruction of single particles of fragile materials]. The materials of the XV International nauch.-tekhn. ^nf. IGASU. Ivanovo 2008. pp. 840—843.
About the authors: Ladaev Nikolay Mikhaylovich — Candidate of Technical Sciences, Associated Professor, Department of Manufacturing of Building Materials, Ivanovo State University of Architecture and Civil Engineering (IGASU), 20 8ogo Marta St., Ivanovo, 153037, Russian Federation, +7 (4932) 41-39-06, k_psm@igasu.ru;
Zhbanov Nikita Sergeevich — postgraduate student, Department of Structural Mechanics, Ivanovo State University of Architecture and Civil Engineering (IGASU), 20 8ogo Marta St., Ivanovo, 153037, Russian Federation, +7 (4932) 41-39-06, ns_dozor@mail.ru.
For citation: Ladaev N.M., Zhbanov N.S. Vliyanie veroyatnosti razrusheniya na stepen' izmel'cheniya materialov [Influence of Probability of Destruction on the Reduction Ratio of Materials]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 5, pp. 103—106.
106
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 5
