Повышение эффективности измельчения минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа за счет установки в ее рабочем пространстве коаксиального кольца Плиев Владимир Айварович

Содержание к диссертации

Введение

1. Современное состояние вопроса, цель и задачи исследований 10

1.1. Современное состояние измельчительного оборудования 10

1.2. Современные тенденции развития оборудования для измельчения 11

1.3. Новый способ измельчения материалов и основные результаты исследований работы мельницы типа МАЯ 14

1.4. Основные результаты исследований центробежной мельницы вертикального типа МВ-1 19

1.5. Выбор направления исследований и их задачи 29

Выводы 30

2. Теоретические исследования движения измельчемого материала в корпусе мельницы при различных конструктивных исполнениях рабочих элементов 32

2.1. Задачи исследований 32

2.2. Математическая модель движения измельчаемого материала в рабочем пространстве центробежной мельницы вертикального типа при отсутствии прилипания материала 33

2.3. Экспериментальная проверка усовершенствованной математической модели движения материала в рабочем пространстве мельницы 39

2.4. Исследование установки в рабочем пространстве мельницы коаксиального кольца 48

2.5. Определение оптимальной высоты и диаметра коаксиального кольца 51

Выводы 55

3. Экспериментальные исследования центробежной мельницы 57

3.1. Задачи исследований

3.2. Экспериментальное исследование основных показателей работы мельницы при установке в рабочей зоне коаксиального кольца 57

3.3 Сравнительные исследования работы центробежной мельницы при установке в рабочем пространстве коаксиального кольца или без такового 69

3.4. Закономерности работы центробежной мельницы при установке в рабочем пространстве коаксиального кольца 79

Выводы 88

4. Разработка центробежной мельницы и новой технологии измельчения материалов 91

4.1. Задачи исследований 91

4.2. Рекомендации по конструктивному исполнению центробежной мельницы вертикального типа 91

4.3. Разработка схемы цепи аппаратов получения порошковых материалов 93

Выводы 94

Заключение 95

Список использованных источников

• Современные тенденции развития оборудования для измельчения
• Математическая модель движения измельчаемого материала в рабочем пространстве центробежной мельницы вертикального типа при отсутствии прилипания материала
• Сравнительные исследования работы центробежной мельницы при установке в рабочем пространстве коаксиального кольца или без такового
• Рекомендации по конструктивному исполнению центробежной мельницы вертикального типа

Введение к работе

Актуальность проблемы. Для России важной государственной проблемой является снижение энергозатрат во всех уровнях производства и, в первую очередь, при переработке и обогащении руд, где наиболее трудоемким и энергоемким процессом является измельчение руды, на долю которого приходится от 27 до 35 % энергозатрат.

Перспективными аппаратами нового типа, способными эффективно

осуществлять операции измельчения при высоких технологических показателях и низких энергозатратах, являются центробежные мельницы вертикального типа. Эксплуатация этих мельниц при размоле свинцово-цинковых, медных, марганцевых, железных руд и других сырьевых материалов показала экономическую целесообразность нового способа самоизмельчения за счет отсутствия мелющих тел, совмещения операций мелкого дробления и измельчения, малой металлоемкости, отсутствия специальных фундаментов, высокой удельной производительности, сокращения удельного расхода электроэнергии, низкого расхода металла, низкого уровня шума в работе, простоты конструкции и ремонтных операций.

При создании центробежных мельниц вертикального типа производительностью более 5 т/ч требуется разработка более совершенной теоретической модели процесса движения измельчаемого материала в корпусе мельницы, позволяющей определять характер движения материала в рабочем пространстве, энергетические затраты на перемещение слоев, а также разработка конструктивных мероприятий для повышения эффективности процесса измельчения в центробежной мельнице за счет увеличения градиента скоростей взаимного соударения частиц в рабочей зоне.

Цель работы: Повышение эффективности тонкого измельчения минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа за счет установки в ее рабочем пространстве коаксиального кольца.

Идея работы: Усовершенствование математической модели движения измельчаемого материала в корпусе мельницы и использование новых конструктивных элементов в рабочем пространстве мельницы для увеличения градиента скоростей взаимного соударения частиц в ее рабочей зоне.

Методы исследований. В работе применен комплексный метод исследований: критическое обобщение опыта на основе анализа литературных и патентных источников, теоретические исследования с использованием гидродинамики, компьютерное моделирование движения измельчаемого материала с использованием пакета вычислительной гидродинамики OpenFOAM, гранулометрический метод анализа продуктов измельчения, лабораторные эксперименты, методы планирования экспериментов, статистические методы исследований с обработкой результатов на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые в работе.

1. Снижение тангенциальной скорости движения частиц измельчаемого материала над вращающимся ротором центробежной мельницы вертикального типа, которое описывается трехмерными гидродинамическими уравнениями Навье-Стокса, достигается установкой коаксиального кольца в ее рабочем пространстве, в зоне над верхними кромками ребер вращающегося ротора. При этом оптимальными размерами коаксиального кольца в рабочем пространстве центробежной мельницы

вертикального типа являются его диаметр, равный 0,2 от диаметра ротора и его высота, равной 0,06 от диаметра ротора.

2. Производительность и удельный расход электроэнергии центробежной
мельницы вертикального типа при установке коаксиального кольца в ее рабочем
пространстве, в зоне над верхними кромками ребер вращающегося ротора, зависят от
высоты столба материала в корпусе мельницы и, в меньшей степени, от частоты
вращения ротора, причем установка кольца повышает производительность мельницы
на 4,2 – 210 % и снижает удельный расход электроэнергии на 6,3-43,7 %.

3. Выход классов крупности - 0,08 мм в выгрузке центробежной мельницы
вертикального типа при установке коаксиального кольца в ее рабочем пространстве,
в зоне над верхними кромками ребер вращающегося ротора, зависит от высоты
столба материала в корпусе мельницы и частоты вращения ротора. Причем установка
кольца повышает выход классов крупности - 0,08 мм: при частоте вращения ротора
360 об/мин на 2,4-11,9 %, а при частоте вращения 310 об/мин на 15 %.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректностью поставленных задач, методов их исследования и решения; применением хорошо зарекомендовавшего себя программного обеспечения; хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных условиях с использованием современных методик и измерительной аппаратуры; внедрением результатов исследований и новых научно-технических разработок в производство, подтвержденных актом внедрения. Все математические модели, представленные в диссертационной работе, адекватны экспериментальным данным с уровнем значимости 0,05.

Научная новизна:

1. Установленная зависимость снижения тангенциальной скорости движения частиц измельчаемого материала над вращающимся ротором центробежной мельницы вертикального типа при установке в ее рабочем пространстве, в зоне над верхними кромками ребер вращающегося ротора коаксиального кольца, получена за счет применения гидродинамических уравнений Навье-Стокса с учетом проскальзывания материала на внутренних стенках корпуса и на рабочих элементах мельницы.

2. Установленные зависимости производительности центробежной мельницы вертикального типа и удельного расхода электроэнергии, затрачиваемого на измельчение материалов, при установке коаксиального кольца в ее рабочем пространстве, в зоне над верхними кромками ребер вращающегося ротора, определены с учетом изменения высоты столба материала над ротором мельницы и частоты вращения ротора.

3. Зависимость выхода классов крупности – 0,08 мм в выгрузке центробежной
мельницы вертикального типа определена с учетом установки в рабочем
пространстве мельницы коаксиального кольца, а также варьирования высоты столба
материала в корпусе мельницы и частоты вращения ротора.

Научное значение работы:

1. Усовершенствованная математическая модель движения измельчаемого материала в рабочем пространстве центробежной мельницы вертикального типа позволяет выбрать оптимальные режимы работы мельницы для снижения

тангенциальной скорости движения измельчаемого материала в нижних слоях столба материала, сформированного в рабочем пространстве мельницы над верхними кромками ребер и определить оптимальное положение и размеры коаксиальных колец.

2. Установленные зависимости производительности центробежной мельницы
вертикального типа по готовому продукту, а также расхода электроэнергии,
затрачиваемой на измельчение материалов при установке в рабочем пространстве
мельницы коаксиального кольца, позволяют прогнозировать расход электроэнергии
при достижении той или иной производительности.

3. Установленная зависимость выхода расчетных классов – 0,08 мм в выгрузке
центробежной мельницы вертикального типа при установке в рабочем пространстве
мельницы коаксиального кольца позволяет регулировать гранулометрический состав
конечного продукта с целью снижения переизмельчения материала, что, в свою
очередь, позволяет увеличить количество материала, эффективно участвующего в
последующем процессе флотационного обогащения.

Практическое значение работы:

- разработана методика компьютерного моделирования движения измельчаемого
материала в центробежной мельнице вертикального типа;

- определены оптимальные размеры коаксиального кольца в рабочем
пространстве центробежной мельницы вертикального типа;

- разработаны методики испытаний центробежной мельницы вертикального типа
и конструктивные решения по эффективному измельчению минерального сырья при
размещении в рабочей зоне мельницы коаксиальных кольцевых элементов;

предложена конструкция центробежной мельницы вертикального типа с размещением в ее рабочей зоне коаксиальных кольцевых элементов, использование которой позволит повысить производительность процесса самоизмельчения за счет создания в рабочем пространстве высоких значений скоростей взаимного соударения частиц и уменьшить переизмельчение готового продукта.

предложена безотходная технологическая схема получения порошковых материалов из сырьевых материалов с применением центробежной мельницы вертикального типа, которая принята к использованию ОАО «Кавказцветметпроект» при разработке технической документации на строительство нового предприятия для приготовления порошковых материалов.

Реализация выводов и рекомендаций. Основные выводы и рекомендации диссертационной работы по усовершенствованию конструкторской документации центробежной мельницы вертикального типа производительностью 5 т/ч, повышению эффективности процесса измельчения материалов, а также методики компьютерного моделирования и испытаний мельницы при размоле минерального сырья приняты в 2015 г. к использованию ОАО «Кавказцветметпроект» для разработки новой технологической линии размола сырьевых материалов для получения порошковых продуктов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научных симпозиумах «Неделя горняка-2013» и «Неделя горняка-2014», г. Москва, 2013-2014 гг.; Международных научно-технических конференциях «Чтения памяти В.Р. Кубачека» - Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности, г. Екатеринбург, 2013, 2014 гг.;

Международных научно-технических конференциях «Современные технологии в машиностроении». – Пенза, 2011 г., 2013 г.; заседаниях секции технологических машин и оборудования ежегодных научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ) 2012-2015 гг.; расширенном заседании кафедры технологических машин и оборудования СКГМИ (ГТУ), 2016 г.

Личное участие автора состоит в участии на всех этапах процесса, непосредственном участии соискателя в получении исходных данных и научных экспериментах, личном участии в апробации результатов исследования, разработке экспериментальных стендов и установок, выполненных лично автором, обработке и интерпретации экспериментальных данных, подготовке основных публикаций по выполняемой работе.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8 статьях, из них 4 статьи включены в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов, определенных ВАК РФ, а также получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, а также 2 приложения, изложенных на 117 страницах машинописного текста, и содержит 19 таблиц, 44 рисунка, список использованной литературы из 112 наименований.

Современные тенденции развития оборудования для измельчения

Среди ряда операций и технологических процессов при переработке полезных ископаемых одним из наименее эффективных считается процесс измельчения. В то же время в последние годы значение измельчения увеличивается, оно распространяется на различные современные технологические циклы, все более часто становясь главной операцией. Это является результатом перехода на все более бедные ископаемые и комплексным подходом к извлечению полезных сырьевых материалов [1-11]. Как известно, измельчение в целом расходует, по различным оценкам, до 8-12 % общего производства энергии в мировом масштабе [12].

Особое место в структуре капитальных затрат современных обогатительных фабрик также занимают операции измельчения, по одним источникам 27-30 % [5], по другим 30-35 % [6], при этом техника измельчения руд основана на преимущественном применении шаровых и стержневых барабанных мельниц и в значительно меньшей степени - барабанных мельниц само- и полусамоизмельчения, обладающих рядом недостатков.

Применяемые в настоящее время измельчительные машины, среди которых наибольшее распространение получили барабанные мельницы, имеют низкий коэффициент полезного действия, громоздки, характеризуются низкой удельной производительностью, значительным расходом стали на мелющие тела и футеровку, высоким уровнем шума. Кроме того, увеличение крупности питания мельниц на 1 мм увеличивает энергоемкость процесса измельчения и понижает производительность последующих процессов переработки руды, на 1,2-1,5 % [12].

Кроме вышеизложенного, в шаровых мельницах частицы материала подвергаются многочисленным и беспорядочным воздействиям со стороны мелющих тел. Процесс измельчения протекает в течение нескольких часов. За это время каждая, даже уже разрушенная, частица продолжает подвергаться воздействию шаров, в результате чего она получает окатанную форму и теряет значительную часть поверхностной энергии из-за наклепа, что является предпосылкой низкой физико-химической активности поверхности. Одновременно происходит и переизмельчение ценного компонента, что отрицательно сказывается на дальнейших циклах переработки рудного материала. В последнее время ведущей тенденцией повышения технико экономических показателей работы обогатительных фабрик в отечественной и зарубежной практике оставалось увеличение единичной производительности измельчительного оборудования традиционной конструкции [7]. Увеличение геометрических размеров барабанных мельниц позволяет повысить их единичную производительность, но одновременно вызывает существенные проблемы из-за снижения общей надежности, усложнения работы подшипниковых узлов и конструкций привода [8]. Несмотря на четырехкратную за последние 100 лет смену технологии рудоподготовки и очевидный прогресс в данной области, затраты на этот передел возрастают, их доля в общих затратах на обогащение увеличивается. Измельчительная техника, установленная на предприятиях России, устарела не только морально, но и физически. Очевидно, настало время, когда очередное, пятое поколение техники дезинтеграции должно сформироваться на базе нового технического направления.

Сложившаяся ситуация вызвала в последние годы у нас и за рубежом резкую интенсификацию работ по созданию более эффективных дробильно-измельчительных машин. Основные факторы, которые, прежде всего, учитываются при этих разработках - необходимость интенсифицировать процесс, резко поднять производительность труда и эксплуатационную надежность, снизить расход металла, переизмельчение материала и энергозатраты на разрушение, решить проблему рационального распределения энергии на разрушение между составляющими стадиями: взрыв, дробление и измельчение [1-7].

Создание измельчителей, ввиду ряда особенностей дезинтеграции, требует специфического подхода. Во-первых, вследствие обеднения месторождений полезных ископаемых и уменьшения размеров вкраплений ценных компонентов размол очень часто необходимо производить до крупности менее 0,044 мм; во-вторых, требуется селективное воздействие на обрабатываемую среду с целью исключения переизмельчения зерен ценных минералов; в-третьих, необходимо перерабатывать огромное количество рудной массы с высокой абразивной способностью и получать при этом зерновой продукт узкого гранулометрического состава; в-четвертых, рабочие механизмы должны обеспечивать новые технологические свойства. Последнее обстоятельство вытекает из анализа тенденций развития рудоподготовки, требующей осуществления сверхтонкого размола до крупности 1-3 мкм ряда минералов и активации их путем интенсивного воздействия [8], совмещения процессов измельчения и флотации [9], а также использования твердых минеральных отходов [10].

Поиски ведутся в двух направлениях. Первое направление заключается в разработке дробильно-измельчительных машин, реализующих уже известные принципы работы, но на новой конструктивной основе. Такое направление может явиться прогрессивным в области дезинтеграции, поскольку может быть быстро внедрено в производство, т. к. технологические особенности самих способов хорошо известны.

Математическая модель движения измельчаемого материала в рабочем пространстве центробежной мельницы вертикального типа при отсутствии прилипания материала

Ранее было установлено, что эффективность измельчения минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа находится в прямой зависимости от скорости удара частиц измельчаемого материала, перемещающихся в нижних слоях цилиндрического столба по кольцевым траекториям непосредственно над вращающимся ротором, с частицами, расположенными во внутренней полости ротора, у рабочей поверхности радиальных ребер, и с верхними кромками ребер мельницы [71]. И т.к. частота вращения ротора в процессе работы мельницы постоянна, то оценить скорость соударения можно по разности скоростей элементов ротора и частиц, движущихся в нижней части столба материала: чем больше скорость соударения, тем эффективнее процесс измельчения.

Для повышения градиента скоростей взаимного соударения частиц в рабочей зоне мельницы был предложен конструктивный способ снижения скорости перемещения частиц материала над ротором, а именно установка в рабочем пространстве мельницы над ротором коаксиальных колец.

В связи с этим при проведении теоретических исследований были поставлены следующие задачи: - усовершенствовать математическую модель движения измельчаемого материала в рабочем пространстве центробежной мельницы вертикального типа с учетом проскальзывания материала на внутренних стенках корпуса и на рабочих элементах мельницы; - провести сравнение результатов компьютерного моделирования с использованием усовершенствованной математической модели движения измельчаемого материала с ранее использовавшимися математическими моделями и экспериментальными исследованиями. - произвести расчеты движения измельчаемого материала в рабочем пространстве центробежной мельницы вертикального типа при установке в рабочем пространстве над ротором коаксиальных колец, а также при проскальзывании материала на внутренних стенках корпуса и на рабочих элементах мельницы; - определить оптимальное положение и размеры коаксиальных колец и выбрать оптимальные режимы работы мельницы с коаксиальными кольцами.

Математическая модель движения измельчаемого материала в центробежной мельнице при отсутствии прилипания материала

Движение сыпучей среды при больших скоростях, которые наблюдаются в центробежных мельницах вертикального типа можно рассматривать как движение неньютоновской жидкой среды [67].

Для определения характера движения измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы вертикального типа использовалась гидродинамическая математическая модель на основе уравнений Навье-Стокса. Основными уравнениями, описывающими пространственное (трехмерное) течение несжимаемой ньютоновской вязкой жидкости с постоянными свойствами, являются три проекции уравнения количества движения и уравнение неразрывности, имеющие следующий вид [108]:

Цилиндрический корпус центробежной мельницы неподвижен и на нем задавались условия проскальзывания измельчаемого материала вдоль стенок корпуса и рабочих элементов (ребер ротора) 8П )an(x,y.z) ст(w)= ст(w)+ьм dn .K (Zg) где dn - приращение нормали к стенке; ст(x,y,z) - значения на стенке; X - коэффициент проскальзывания, при X = 0 скорость относительного перемещения частиц вдоль внутренней стенки корпуса равна нулю (отсутствие проскальзывания), а при А, = 1 скорость измельчаемого материала на стенке равна его скорости в ближайшей точке потока (полное проскальзывание). Принималось, что верхняя поверхность столба измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы является горизонтальной, что является справедливым при больших высотах столба измельчаемого материала. При этом вертикальная составляющая скорости на этой поверхности считалась равной нулю Uz = 0, а для горизонтальных составляющих скорости использовались условия отсутствия трения: = 0;— = 0. (2.9) О Z О Z Проводилось трехмерное компьютерное моделирование движения среды в корпусе мельницы с помощью пакета OpenFOAM [109].

Решение проводилось методом конечных объемов с использованием алгоритма SIMPLE [ПО]. Для привязки результатов счета к конкретному, легко проверяемому в лабораторных условиях, случаю был просчитан вариант работы центробежной мельницы с радиусом ротора R = 0,15 м при частотах вращения ротора 310 и 360 об/мин, высоте столба материала в корпусе - 0,18 и 0,27 м и установке в полости ротора шести радиальных ребер. Сыпучая среда рассматривалась как несжимаемая неньютоновская жидкость с эквивалентным коэффициентом вязкости \i0 равным 10 3 кг/(мс), а второй коэффициент к равен 1 10-4.

Построение расчтной сетки для случая с шестью ребрами, установленными в полости ротора мельницы, приведено на рис. 2.1. В полости ротора использовалась сетка с более мелким шагом, а в полости цилиндрического корпуса центробежной мельницы - сетка с большим шагом.

На рис. 2.3 видно, что непосредственно над верхними кромками ребер скорость возрастает по направлению к корпусу мельницы. Материал ускоряется перед рабочей поверхностью ребра ротора, при этом радиальная составляющая скорости направлена от оси вращения ротора к его периферии. Проведенные расчеты позволяют определить характер движения сыпучей среды в корпусе центробежной мельницы вертикального типа.

На рис. 2.4 приведены графики тангенциальной скорости измельчаемого материала на различной высоте непосредственно над ребром ротора. Графики показывают, что, тангенциальная скорость сыпучей среды непосредственно над ребром ротора возрастает почти линейно по направлению от оси мельницы к ее корпусу. Над вращающимся ребром ротора тангенциальная скорость не имеет резких скачков. У корпуса мельницы материал замедляется за счет прилипания, затем на расстоянии 0,015-0,02 м от корпуса материал достигает максимальной скорости, затем скорость уменьшается по направлению к оси мельницы до нулевых значений почти линейно.

Сравнительные исследования работы центробежной мельницы при установке в рабочем пространстве коаксиального кольца или без такового

Как видно из рис. 2.18 при установке в рабочем пространстве 19центробежной мельницы цилиндрической коаксиальной вставки, движение материала непосредственно над плоскостью вращения верхних кромок ротора мельницы, в зоне размещения этой вставки, значительно замедляется, при этом высота вставки практически не влияет на изменение тангенциальной составляющей скорости частиц материала непосредственно над вращающимся ребром. Также отмечено, что наличие вставки, начиная с некоторой ее высоты, приводит к более интенсивному перемешиванию измельчаемого материала в корпусе мельницы. При этом материал из верхней части корпуса мельницы опускается в приосевую часть ротора и процесс измельчения интенсифицируется.

Направление векторов движения материала в вертикальной плоскости от диаметра кольца, м: а) 0,115; б) 0,1; в) 0,075 г) 0,05 Как видно из рис. 2.19 при установке вставки радиусом равным 0,05 мм движение материала замедляется незначительно. В случае с вставкой радиусом 0,115 м наблюдается образование вихря около внутренней стенки вставки, что снижает эффективность измельчения материала. В случае со вставкой радиусом 0,1 м и 0,75 м она является разделителем движения материала в вертикальной плоскости.

Как видно из рис. 2.21 наличие кольцевой вставки значительно замедляет движение материала в корпусе мельницы, что повысит скорость соударения материала и ребер ротора. Выводы: 1. Усовершенствована математическая модель движения измельчаемого материала в рабочем пространстве центробежной мельницы вертикального типа с учетом проскальзывания материала на внутренних стенках корпуса и на рабочих элементах мельницы. 2. Проведено сравнение результатов компьютерного моделирования с использованием усовершенствованной математической модели движения измельчаемого материала с ранее использовавшимися математическими моделями и экспериментальными исследованиями; при этом анализ местоположения границы раздела восходящих и нисходящих потоков материала на верхней кромке чаши показывает незначительное расхождение результатов теоретических, лабораторных и промышленных исследований, что указывает на корректность применения гидродинамической модели для описания характера движения материала в корпусе мельницы. 3. Результаты компьютерного моделирования разработанной математической модели движения измельчаемого материала в рабочем пространстве центробежной мельницы вертикального типа, при установке в рабочем пространстве над ротором коаксиальных колец и при учете проскальзывания материала на внутренних стенках корпуса и на рабочих элементах мельницы, позволяет выбрать оптимальные режимы работы мельницы для снижения тангенциальной скорости движения измельчаемого материала в нижних слоях столба материала, сформированного в рабочем пространстве мельницы над верхними кромками ребер, определить оптимальное положение и размеры коаксиальных колец, при этом оптимальной является высота коаксиальной вставки, равной 0,06 м.

Для снижения скорости движения частиц измельчаемого материала, находящихся в нижних слоях цилиндрического столба, сформированного над вращающимся ротором центробежной мельницы вертикального типа, была предложена установка в ее рабочем пространстве цилиндрического коаксиального кольца. Это конструктивное мероприятие позволяет снизить скорость движения измельчаемого материала за счет трения его о стенки коаксиального кольца, что в конечном итоге повышает эффективность работы центробежной мельницы.

В связи с этим при проведении экспериментальных исследований были поставлены следующие задачи: - исследовать влияние установки в рабочем пространстве центробежной мельницы, в пространстве над ротором, коаксиального кольца на технологические показатели работы мельницы; - получить зависимости производительности, удельного расхода электроэнергии и выхода классов крупности – 0.08 мм при различных режимах работы центробежной мельницы вертикального типа; - провести сравнительные исследования работы центробежной мельницы при установке в рабочем пространстве коаксиального кольца или без такового. В пространстве над ротором 3 эквидистантно установлена обечайка 5 с просеивающими поверхностями в ее теле. Обечайка 5 в нижней своей части опирается на кольцо 7, выполненное с отверстиями для эвакуации измельченного продукта из пространства между обечайкой 5 и корпусом 1. Под ротором 3 размещены камеры 6 для сбора и отвода измельченного продукта из корпуса мельницы. В рабочем пространстве мельницы установлено коаксиальное кольцо. Мельница собрана на раме 8.

Фото рабочего пространства мельницы при установке коаксиального кольца Испытания проводились по следующей методике. Частота вращения ротора (п) составляла 310 и 360 об/мин; высота столба материала над ротором (Я) поддерживалась на высоте 180 и 270 мм, что в относительных значениях (H/D) составляет 0,6 и 0,9 от диаметра ротора соответственно; зазор в решетках ротора - 2 мм; количество ребер ротора - 6 шт. Измельчаемый материал был представлен доломитом Боснинского месторождения (РСО-Алания) крупностью - 12 + 9 мм, пределом прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии - 392 кг/см2 и коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова -8. Время испытаний - 6 час.

В ходе испытаний проводились замеры частоты вращения ротора и расхода электроэнергии. Производительность мельницы по конечному продукту замерялась путем заполнения измельченным материалом мерной емкости через каждый час работы мельницы и последующего его взвешивания на весах. Отобранная часовая проба измельченного материала подвергалась расситовке по стандартной методике. Цикл измельчения открытый. Испытания при фиксированных значениях частоты вращения ротора и высоты столба материала над ротором повторялись от 2 до 6 раз, а полученные результаты усреднялись.

Опыты были рандомизированы с помощью таблицы случайных чисел. Статистический анализ результатов с целью оценки достоверности проводили согласно [81]. Для этого вычислялось среднее арифметическое значение функции отклика для каждого идентичного режима работы мельницы по формуле

Рекомендации по конструктивному исполнению центробежной мельницы вертикального типа

Анализ уравнения регрессии (3.17) показывает, что при установке в рабочем пространстве мельницы коаксиального кольца наибольшее влияние на параметр оптимизации (удельная производительность) оказывает частота вращения ротора и в меньшей степени давление столба материала, причем с увеличением этих параметров удельная производительность мельницы повышается при выбранных уровнях варьирования. Наряду с линейными эффектами значимым оказался также и эффект взаимодействия Х1Х2. Для повышения удельной производительности мельницы при установке в рабочем пространстве мельницы коаксиального кольца рекомендуется принимать повышенные значения высоты столба материала и частоты вращения ротора.

С целью получения уравнения регрессии для расхода электроэнергии центробежной мельницы при установке в рабочем пространстве коаксиального кольца использовался метод планирования экспериментов - полный факторный эксперимент типа 2к, где к - число факторов.

В табл. 3.12 приводятся интервалы варьирования в натуральном выражении, а кодировка факторов и реализация полного факторного эксперимента 22 осуществляется в соответствии с матрицей планирования (табл. 3.15).

Полученное уравнение адекватно при 5 % - ом уровне значимости. Анализ уравнения регрессии (3.18) показывает, что наибольшее влияние на параметр оптимизации (расход электроэнергии) при установке в рабочем пространстве мельницы коаксиального кольца оказывают давление столба материала и в меньшей степени частота вращения ротора, причем с увеличением этих параметров расход электроэнергии повышаются при выбранных уровнях варьирования. Наряду с линейными эффектами значимым оказался также и эффект взаимодействия Х1Х2.

С целью получения уравнения регрессии для удельного расхода электроэнергии центробежной мельницы при установке в рабочем пространстве коаксиального кольца использовался метод планирования экспериментов - полный факторный эксперимент типа 2к, где к - число факторов.

В табл. 3.12 приводятся интервалы варьирования в натуральном выражении, а кодировка факторов и реализация полного факторного эксперимента 22 осуществляется в соответствии с матрицей планирования (табл. 3.16).

Полученное уравнение адекватно при 5 % - ом уровне значимости. Анализ уравнения регрессии (3.19) показывает, что наибольшее влияние на параметр оптимизации (удельный расход электроэнергии) при установке в рабочем пространстве мельницы коаксиального кольца оказывают давление столба материала и в меньшей степени частота вращения ротора, причем с увеличением этих параметров удельный расход электроэнергии повышается при выбранных уровнях варьирования. Наряду с линейными эффектами значимым оказался также и эффект взаимодействия Х1Х2, который оказывает обратное влияние на удельный расход электроэнергии. Для определения зависимости выхода класса - 0,08 мм от различных факторов центробежной мельницы, использовался метод планирования экспериментов. Наиболее целесообразным для получения уравнения регрессии является полный факторный эксперимент типа 2к, где к - число факторов [82]. Установлено, что наибольшее влияние на параметр оптимизации (ы) оказывают: удельное давление материала на чашу - (Р); частота вращения ротора - (со). Интервал варьирования принимался, исходя из возможного реального предела движения материала в центробежной мельнице.