Введение к работе
Актуальность темы. Изменение характера рудной базы - снижение содержания металлов и уменьшение вкрапленности извлекаемых минералов - обуславливает увеличение удельного веса затрат на рудоподготовку и особенно на завершающую ее стадию - измельчение. Кроме того, процессы рудоподготовки характеризуются значительными энергетическими затратами - примерно 40-65 % от общего расхода электроэнергии. Кардинальное сокращение этих затрат возможно только при создании принципиально новых способов дезинтеграции руд и разработке на их основе соответствующего оборудования.
Одним из направлений развития дробильно-измельчительного оборудования является разработка машин с применением вибраций. Особое место в этом ряду принадлежит машинам, созданным в институте «Механобр». Опыт промышленной эксплуатации этих машин подтвердил их преимущества перед традиционными дробилками – высокое качество получаемого зерна и меньшие энергозатраты отнесенные к единице вновь образованной поверхности. Однако максимальная крупность готового продукта этого класса дробилок составляет десятки миллиметров и слишком велика для последующего обогащения. Существующие вибрационные мельницы, как правило, не могут сразу принимать разгрузку вибрационных дробилок, т.к. крупность их питания привязана к размерам рабочих объемов, а увеличение последних приводит к ухудшению удельных показателей из-за несовершенства процесса своевременной разгрузки продуктов размола.
Решение этой проблемы видится в соединении роторной и вибрационной технологий. Это позволит создать машину большой пропускной способности и сохранить преимущества, получаемые за счет воздействия вибраций на измельчаемое минеральное сырьё.
Цель работы. Обоснование режимов работы и разработка конструкции роторно-вибрационной мельницы для измельчения минерального сырья.
Идея работы. Теоретическое и экспериментальное обоснование режимов работы роторно-вибрационной мельницы, определение энергетических, технологических и конструктивных параметров мельницы нового типа.
Методика исследований и аппаратура. В работе применен комплексный метод исследований: критическое обобщение опыта на основе анализа литературных и патентных источников, теоретические исследования с использованием теории вибрации, лабораторные эксперименты, методы планирования экспериментов, статистические методы исследований с обработкой результатов на ЭВМ.
Научные положения
-
Скоростные режимы движения измельчаемого материала в роторно-вибрационной мельнице определяются соотношением силового взаимодействия действующего на частицу твердого материала и влияют на пропускную способность в зависимости от типоразмера установки, величины измельчаемого материала.
-
Теоретически и экспериментально доказано, что для роторно-вибрационной мельницы зависимости мощности электромагнитных вибраторов от амплитуды и частоты вибрационного воздействия, размеров и прочностных свойств измельчаемого материала носят монотонный возрастающий характер и могут быть аппроксимированы семейством прямых.
-
Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что величина момента на валу роторно-вибрационной мельницы зависит от типоразмера, скоростного режима, коэффициента внутреннего трения материала, прочности частиц разрушаемых в зонах измельчения и носит монотонный возрастающий характер.
-
Пропускная способность по питанию роторно-вибрационной мельницы определяется параметрами вибрационного воздействия и для промышленных условий в пределах варьирования основных факторов снижается по мере увеличения крупности питания и угла наклона образующей верхнего конуса и возрастает с увеличением частоты вращения ротора.
-
Для промышленных условий наиболее целесообразной является применение двухстадиальной мельницы, поскольку наибольшее влияние на пропускную способность машины оказывает крупность исходного питания.
Научная новизна
Для роторно-вибрационной мельницы впервые установлено:
-
Теоретические и экспериментальные зависимости скорости движения измельчаемого материала в роторно-вибрационной мельнице учитывают влияние на пропускную способность геометрических параметров зоны измельчения; составлены и решены дифференциальные уравнения движения измельчаемого материала; получены точные аналитические выражения для определения скорости частиц.
-
Теоретические и экспериментальные зависимости мощности дебалансного вибратора учитывают влияние частоты вращения ротора, свойства и характеристику измельчаемого материала.
-
Теоретические и экспериментальные зависимости мощности потребляемой главным приводом роторно-вибрационной мельницы учитывают влияние амплитуды и частоты вращения чаши ротора.
-
Теоретические и экспериментальные зависимости амплитуды и частоты движения ротора учитывают влияние на производительность угла наклона внутренней образующей конуса чаши, номинальной крупности кусков материала.
Научное значение работы
-
Теоретический анализ процесса измельчения в роторно-вибрационной мельнице позволяет определить среднюю радиальную скорость выхода частицы из рабочей зоны.
-
Полученные зависимости мощности электромагнитных вибраторов позволили установить чаши на упругих элементах, получающих гармонические колебания от электромагнитных вибраторов в противофазе.
-
Полученные зависимости мощности главного привода позволили предложить научно обоснованное решение по технологическим параметрам работы роторно-вибрационной мельницы.
-
Полученные зависимости вибрационного воздействия позволили предложить научно обоснованное решение по конструкции роторно-вибрационной мельницы имеющей две зоны измельчения.
Практическое значение работы
Диссертация содержит теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение работоспособности для измельчения сырья. Разработанная и апробированная в промышленных условиях роторно-вибрационная мельница показала высокую эффективность работы при большей производительности в сочетании с малыми затратами энергии на ведение процесса, что указывает на практическую ценность выполненной работы.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается хорошей сходимостью экспериментальных и расчетных значений. Расхождения составляют от 5 до 12%.
Реализация выводов и рекомендаций. Основные рекомендации по проектированию промышленного образца роторно-вибрационной мельницы, методика определения характера движения материала в полости ротора мельницы, приняты в 2011 г. к использованию ОАО «Кавказцветметпроект» при разработке новой технологической линии размола сырьевых материалов для получения порошковых продуктов.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на:
-научных симпозиумах "Неделя горняка – 2007, 2009" (г. Москва);
-II Международной Научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" Политехнический университет в 2006 г., (г. Санкт-Петербург);
-VI Международной конференции «Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий» Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) в 2007 г., (г. Владикавказ);
-III Всероссийской Научно-практической конференции посвященной 100-летию акад. Агошкова М.И. Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) в 2005-2010гг., (г. Владикавказ);
-ежегодных научно – технических конференциях Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета), в период с 2005 по 2010 г., (г. Владикавказ).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 9 научных работ, отражающих основное содержание диссертации, получен патент Российской Федерации на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 104 наименований; содержит 103 страниц машинописного текста, 4 таблицы,24 рисунка и 5 приложений.
