Введение к работе
Актуальность работы. Облицовочный камень занимает важное место среди строительных материалов, используемых в современном строительстве для облицовки зданий, сооружений и производства ритуальных изделий.
На сегодняшний день производство плит условной толщиной 20 мм для использования в качестве облицовочных материалов в мире достигло 360 млн. квадратных метров.
Важнейшими показателями, определяющими эффективность производства плит, являются затраты на производство единицы продукции из различных типов горных пород. В структуре себестоимости производства плит 80 составляют затраты на распиловку камня, которая осуществляется, в подавляющем большинстве случаев, на рамных станках с использованием свободного абразива.
В настоящее время, при переходе на мировые цены, наиболее актуальной становится проблема снижения затрат на распиловку и повышение эффективности производства облицовочного камня на отечественных предприятиях.
Вовлечение в эксплуатацию новых видов облицовочного камня ставит с особой остротой проблему технико-экономической оценки этих пород до начала их разработки, чтобы иметь реальное представление об их конкурентноспособности с мировыми аналогами.
Решение этих вопросов может быть реализовано на основе оценки комплекса технологических свойств горных пород, включающий их упругие, термокинетические свойства и микротрещиноватость, на ранних этапах изучения, а также в увязке их с основными технологическими параметрами при распиловке, с целью снижения затрат на испытания и оптимизацию процесса. Имеющиеся рекомендации в области оценки технологических свойств горных пород не носят комплексного характера и основываются очень часто на эмпирическом опыте.
Оценка объективных технологических свойств горных пород и соотнесение с ними определенных технологических приемов при их обработке позволит проводить предварительную оценку новых видов облицовочных материалов расчетным путем, а на последующих этапах для каждого конкретного типа горной породы выбрать адекватный технологический режим. Научно-обоснованные решения по формированию технологии распиловки камня будут способствовать повышению качества и снижению себестоимости производства продукции и тем
самым повышать рентабельность производства
Цель исследования состоит в разработке научно обоснованных методов оценки технологических свойств горных пород и обоснования на этой базе методики расчета технологических параметров распиловки природного камня на рамных станках с использованием свободного абразива.
Идея работ заключается в том, что расчет и обоснование технологических и технико-экономических параметров при абразивной распиловке облицовочного камня должны производиться на базе учета упругих, термокинетических параметров , камня и его микротрещиноватости
Работа выполнена в соответствии с НИР по темам: "Изучение физико-механических и технологических свойств новых видов облицовочных материалов.", (* гос.per. 01850003776) -Исследование процессов абразивного изнашивания облицовочного камня с целью совершенствования технологии его обработки на камнеобрабатывавдих предприятиях Карелии" (* гос.per.01890060507).
При решении поставленных задач использовался комплексный подход, который включал в себя изучение практического состояния дел в области распиловки камня, аналитические и экспериментальные исследования, расчет оптимальных параметров распиловки.
Научные положения защшрелые автором:
- разрушение торной породы в пропиле осуществляется главным
образом катящимися колотыми частицами, диаметр которых варьирует
от 0.25 до 1.0 мм;
объем разрушения единичным зерном задается микроструктуркыми, упругими и термокинетическими свойствами камня, а также упругими свойствами абразива и рассчитывается по методике, изложенной в диссертации;
- оптимальные технологические параметры горных пород
определяются скоростью подачи, расчитанной на основании оценки
объема разрушения материала единичным зерном, свойств абразива и
количества активно работающей дроби и достигаются выбором
содержания дроби в пульпе, в зависимости от числа работающих пил;
- установлено различными методами испытаний, что вариации
микроструктурных свойств гранитов незначительны в пределах одного
карьера, что позволяет снизить объем экспериментальных работ при
изучении термокинетических параметров и микротрещиноватости
исследуемых пород.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана физическая и математическая модель процесса распиловки горных пород на станках с использованием свободного абразива;
обоснованы критерии разрушения горной породы в процессе внедрения в нее индентора;
разработана методика оптимизации параметров распиловки горных пород на рамных станках с использованием свободного абразива;
выявлена и экспериментально оценена зависимость трудоемкости распиливания камня от структурных свойств камня;
разработаны положения технико-экономической оценки горных пород с позиций их обрабатываемости;
предложены методика определения технологических параметров процесса распиловки блоков на рамных распиловочных станках и методика оценки технологических свойств горных пород на основе разработанной физической и математической модели процесса, позволяющей раздельно учитывать влияние упругих характеристик камня и его микротредаюватости на пилимость горных пород.
Научная и практическая ценность работы:
Научное значение работы заключается в создании теоретических основ оценки параметров разрушения горной породы при обработке ее свободным абразивом на основании изучения упругих, микроструктурных и термокинетических характеристик материала. Практическое - в разработке рекомендаций, повышающих эффективность распиловки.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и реколендаций подтверждается:
большим объемом натурных наблюдений (более 250 распиленных ставок) за процессом распиловки в заводских условиях и значительным объемом лабораторных испытаний;
совпадением расчетных показателей и данных, полученных в производственных условиях;
применением современных физических моделей разрушения горных пород при разработке требований к технологии распиловки;
применением в лабораторных условиях и экспериментах современной регистрирующей аппаратуры;
- корректностью постановок задач и использование при их
решении методов физического и математического моделирования;
достаточной сходимостью результатов с натурными исследованиями;
внедрением результатов исследований для расчетов технико-экономических параметров процесса.
Личный, вклад автора состоит в:
постановке вопроса о возможности формализации процесса распиловки горных пород на рамных станках с применением свободного абразива в виде физической и математической модели, с помощью которой можно рассчитывать и оптимизировать параметры распиловки конкретных горных пород и самого процесса в общем;
постановке вопроса о роли микротрещин в формировании технологических свойств горной породы и влиянии их на технологические параметры при распиловке;
- проведении теоретических исследований механизма разрушения
горной породы в процессе воздействия на нее абразива;
разработке комплекса програю» для ПЭВМ по расчету математической модели процесса распиловки;
разработке методики оптимизации процесса распиловки с учетом реальных свойств камня;
- разработке программы АРМ технолога-распиловщика по
установлению параметров распиловки в зависимости от физико-
механических свойств блока, его размеров, требуемого выхода плит
и параметров распиловочного ставка
- разработке .методики технико-экономической оценки горных
пород с позиций их обрабатываемости на рамных станках с
использованием свободного абразива.
Реализация выводов и рекомендаций работы..
Разработанная методика оценки технологических свойств использована в АО "Карельский камень" (Кондопожский камнеобрабатываодий завод) для расчета параметров распиловки. Институте геологии КНЦ РАН при проведении технологических испытаний некоторых видов горных пород Карелии, а также в фирме "Экономика плюс" (ранее экономический отдел ПО "Карелстройматериалы") при расчете экономических проектов по разработке различных месторождений.
Методика технико-экономической оценки облицовочного камня использовалась при расчетах экономических показателей при
разработке комплексной программы "Облицовочные камни Карелии" для обоснования экономической целесообразности использования того или иного камня при сравнении их с зарубежными аналогами.
Апробация работы.
Основные положения, изложенные в диссертации, докладывались на совещаниях
На Совещании молодых ученых Карельского научного центра 15-16 ноября 1992 года. г.Петрозаводск. КНЦ РАН;
На Всесоюзном совещании Комплексное освоение минеральных ресурсов Севера и Северо-запада СССР. Петрозаводск, июнь 1989 г.;
На международном совещании Минерально-сырьевые ресурсы Карелии. 9-14 сентября 1993 года;
На международном симпозиуме "Минерально-сырьевые ресурсы России, 10-13 ноября 1993 года. С.-Петербург, 1993 г.;
- На научных семинарах лаборатории геологии и технологии
неметаллов Института геологии.
Публикации- По теме диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, в том числе получено одно авторское свидетельство.
Объел работа; Диссертационная работа состоит из введения, семи разделов, изложенных на 177 страницах, содержит 86 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 124 наименований, 2 приложения.
Автор выражает признательность и благодарность научному руководителю проф. Менжулину М.Г. за большую помощь при работе над диссертацией, асе. Здитовецкому А. В. за консультации при подготовке диссертации, зав.лабораторией геологии и технологии неметаллов Института геологии Щипцову В. В. за помощь и доброжелательное отношение в продолжение всего периода работы над диссертацией. Автор благодарен всем другим сотрудникам лаборатории геологии и технологии неметаллов ИГ КНЦ РАН. а также кафедры РМОС и РГЛ Санкт-Петербургского горного института за помощь в подготовке и проведении экспериментов, обсуждении их результатов.