Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ текстуры природных и техногенных материалов, существующей технологии и техники их измельчения 16
1.1. Особенности происхождения природных и получения техногенных материалов 16
1.2. Текстура и физико-механические особенности анизотропных материалов 19
1.3. Основные научно-технические достижения в области тонкого измельчения материалов 22
1.3.1.Критический анализ помольных агрегатов и возможности и совершенствования 22
1.3.2. Анализ конструкций внутримельничных устройств и режимов работы дробящей среды 28
1.3.3. Эффективность использования секционированного измельчения материалов и перспективы его развития 31
1.3.4. Пути конструктивно-технологического совершенствования пресс-валковых измельчителей 35
1.4. Анализ теорий разрушения и особенностей силового воздействия при измельчении материалов 46
1.5. Анализ методик расчета силовых и технологических параметров пресс-валковых агрегатов 52
1.6. Пути решения проблемы энергосбережения при измельчении анизотропных материалов 55
1.7. Выводы 56
1.8. Цель и задачи исследований 57
2 Аналитические исследования процесса разрушения анизотропных материалов давлением 60
2.1. Моделирование кинетики процесса постадийного измельчения анизотропных материалов 60
2.2. Математическая модель процесса разрушения анизотропных материалов давлением 62
2.3. Уравнение измельчения анизотропных материалов способом прессования 66
2.4. Анализ условий силового воздействия при разрушении хрупких тел с различной текстурой 72
2.5. Моделирование процесса раздавливающе-сдвигового деформирования анизотропных материалов между эксцентриковыми валками 76
2.6. Уравнение для расчета усилий измльчения при объемно-сдвиговом разрушении материалов в конических валках ПВИ 82
2.7. Исследование процесса истечения анизотропных материала из бункера и подачи к валкам пресс-валкового измельчителя 87
2.8. Исследование процесса предуплотнения шихты в валковом устройстве и вывод уравнения для расчета усилия уплотнения 90
2.9. Моделирование направленного движения анизотропных материалов в валковом устройстве 105
2.10. Выводы по главе
3. Исследование кинематических и конструктивно-технологических параметров пресс-валковых измельчителей 112
3.1. Исследование скоростных потоков шихты и угловых параметров валков ПВИ, реализующего раздавливающе-сдвиговое деформирование анизотропных материалов 112
3.1.1. Исследование угловых параметров валков 113
3.1.2. Исследование кинематических параметров валков 118
3.1.3. Анализ скорости движения слоя анизотропных частиц в эксцентриковых валках 119
3.2. Исследование кинематических параметров пресс-валкового измель
чителя, реализующего объемно-сдвиговое деформирование материала 122
3.2.1. Расчет угловых параметров пресс-валкового измельчителя с
коническим профилем валков 124
3.2.2. Определение величины угла максимальных усилий 130
3.3. Определение энергетических и технологических показателей пресс-валковых измельчителей 136
3.3.1. Уравнение для расчета энергетических параметров ПВИ при измельчении анизотропных материалов 136
3.3.2. Определение потребляемой мощности привода, затрачиваемой на измельчение материалов в ПВИ с коническими валками 140
3.3.3. Уравнение для расчета производительности пресс-валкового измельчителя с коническим профилем валков 143
3.4. Алгоритм расчета основных параметров пресс-валковых измельчителей... 147
3.5. Выводы по главе 148
4. Аналитические исследования энергетических показателей шаровых мельниц с энергообменными устройствами 150
4.1. Исследование перемещения центра масс мелющих тел в первой камере шаровой мельницы, оснащенной ЛЭУ 152
4.2. Аналитические исследования перемещения центра масс мелющих тел во второй камере шаровой мельницы 160
4.3. Методика расчета дополнительно потребляемой мощности шаровой мельницей, оснащенной ЛЭУ 167
4.4. Исследование влияния входных параметров на дополнительно потребляемую мощность 170
4.5. Выводы по главе 172
5. Характеристика экспериментальных установок и методика проведения экспериментов 173
5.1. Стендовые установки для измельчения давлением материалов 173
5.2. Разработка экспериментальных установок шаровых мельниц 178
5.3. Методика проведения экспериментальных исследований 181
5.4. Характеристика исследуемых материалов и обработка экспериментальных данных 185
5.5. Исследование влияния силовых параметров на процесс измельчения давлением материалов с различной текстурой 188
5.6. Выводы по главе 197
6. Исследование влияния конструктивно-технологических факторов на процесс измельчения материалов в ПВИ 199
6.1. Моделирование процесса измельчения анизотропных материалов в пресс-валковом измельчителе с эксцентриковыми валками 199
6.1.1. Исследование влияния сдвигового деформирования на качественные показатели процесса измельчения 202
6.1.2. Исследование влияния скорости приложения усилия на выходные показатели процесса измельчения анизотропных материалов 206
6.13. Влияние давления измельчения на эффективность сдвигового деформирования анизотропных материалов в ПВИ 209
6.2. Исследование процесса измельчения материалов объемно-сдвиговым деформированием его частиц 213
6.3. Выводы по главе 228
7. Определение рациональных режимов дезагломерации и помола материалов с анизотропной текстурой 230
7.1. Анализ условий помола в шаровой мельнице материалов с анизотропной текстурой 230
7.2. Дисперсионный анализ результатов многофакторного эксперимента 235
7.3. Выводы по главе 249
8. Повышение эксплуатационной надежности пресс-валковых измельчителей и промышленное внедрение результатов работы 2 51
8.1. Пути повышения износостойкости рабочей поверхности валков 251
8.2. Исследование условий футеровки рабочей поверхности валков ПВИ 252
8.3. Промышленное внедрение ПВИ 259
8.3.1. Промышленное внедрение и испытания ПВИ с коническими валками .259
8.3.2. Разработка пресс-валкового измельчителя и технологической линии для помола цемента 264
8.3.3. Разработка и промышленные испытания пресс-валкового измельчителя в технологической линии для измельчения анизотропных материалов 268
8.3.4. Опытно-промышленные испытания пресс-валкового измельчителя в технологической линии получения минеральных добавок 272
8.3.5. Опытно-промышленные испытания пресс-валкового измельчителя в технологической линии производства композиционных вяжущих материалов...275
8.4. Разработка энергосберегающего способа помола материалов с
анизотропной текстурой и промышленные испытания шаровых мельниц,
оснащенных ЛЭУ 279
8.4.1. Разработка эффективных конструкций энергообменных устройств 279
8.4.2. Промышленные испытания шаровых мельниц, оснащенных энергообменными устройствами 281
8.5. Выводы по главе 290
Выводы по работе 292
Библиографический список
- Анализ конструкций внутримельничных устройств и режимов работы дробящей среды
- Анализ условий силового воздействия при разрушении хрупких тел с различной текстурой
- Анализ скорости движения слоя анизотропных частиц в эксцентриковых валках
- Исследование влияния входных параметров на дополнительно потребляемую мощность
Анализ конструкций внутримельничных устройств и режимов работы дробящей среды
Природные материалы, составляющие основу сырьевой базы промышленности строительных материалов, образовались в недрах Земли или на ее поверхности за счет различных источников энергии. Одни произошли в результате эндогенных геологических процессов, связанных с силами, действующими внутри земли, другие в результате экзогенных процессов, обусловленных энергией солнца, воды, силой ветра, жизнедеятельностью организмов и других [91,114,157, 323, 324].
Осадочные породы отражают эволюцию экзогенных процессов: разрушение, перенос и накопление осадочных толщ и литификацию осадков [128, 146,147]. С эволюцией и энергией эндогенных и глубинных факторов связано развитие магматических и метаморфических горных пород. Их генезис предопределен дислокациями в земной каре, складчатостью, глубинными разломами, связанными термическими аномалиями и восходящими флюидными потоками. Все это привело к приспособлению осадочных и других пород к новым условиям превращения их в метаморфические породы (за счет твердофазных реакций) [124,150,190]. При более интенсивном воздействии энергии геологических процессов происходит плавление пород с образованием флюидно-силикатного расплава магмы, кристаллизация которой приводит к образованию магматических пород [129, 151,154].
Приспосабливаясь к новым условиям при погружении на глубину, осадочные и вулкагенно-осадочные породы уплотняются и изменяются с образованием новых структур, текстур и минералов. Эти процессы называются литификацией. Попадая на поверхность земли, эндогенные горные породы благодаря попеременным процессам увлажнению и высушиванию, замораживанию и оттаиванию, действию водной и газовой среды, механической работе ветра, атмосферных осадков, подземных вод, ледников и других, разрушаются, растворяются и переносятся. В результате этого сложного комплекса процессов образуются осадочные горные породы, которые, как правило, в различных направлениях имеют различные пределы прочности их кусков [265, 343].
Таким образом, горные породы, применяемые в качестве сырьевых материалов при производстве различных строительных материалов, и в том числе цементов - это природные соединения, образовавшиеся в результате деятельности геологических и космохимических и других процессов. Эти породы обладают определенными запасами энергии, учет которой в технологиях их переработки позволит значительно уменьшить энергозатраты. Огромные резервы по энергосбережению при измельчении, на наш взгляд, содержат в себе материалы, имеющие анизотропную текстуру и широко используемые в производстве строительных материалов, в том числе цементов [231,245].
Известно, что широко используются в качестве сырья для производства цемента известняки аргоногенные, мергели, различные виды мраморов и другие материалы, имеющие анизотропную текстуру.
В связи с повышением требований к качеству цементов заводы все чаще переходят на работу с трех-, четырехкомпонентными смесями [158-160]. В качестве добавок, в которые используют сланцы метаморфические с повышенным содержанием железа, эти материалы также имеют анизотропную текстуру [159].
В результате реализации производственных процессов образуются попутные отходы производства и полуфабрикаты, структура которых формируется под действием высоких температур, давлений и т.д., они, как правило, имеют изотропную структуру и требуют дополнительной их переработки для производства различных строительных материалов. Например, огромное количество шлаков образуется в результате работы ТЭЦ и при выплавке стали. Только на Оскольском электрометаллургическом заводе в г. Старый Оскол ежегодно направляется в отвалы около миллиона тонн шлаков, тонкодисперсный продукт которых используется в качестве добавок при получении вяжущих материалов, минеральных добавок в дорожном строительстве и др. [203,232]. В процессе производства цемента необходимо измельчать миллионы тонн клинкера, структура которого формируется в зоне декарбонизации печи под воздействием высоких температур [152,203]. Все эти материалы, а также огромное количество природных горных пород имеют изотропную или слабо выраженную анизотропную текстуру, различные физико-механические характеристики и другие, что требует индивидуального подхода к осуществлению процессов их дробления и помола с целью снижения энергозатрат на их переработку. Кроме того, при реализации постадийного помола материалов, предусматривающего предварительное их измельчение, осуществляемое в ПВИ, после которого материал выходит в виде спрессованных пластин с максимальной прочностью в направлении приложения усилия и имеет анизотропную текстуру [152,203], что требует особых условий его дезагломерации и окончательного помола.
Исходя из вышесказанного, можно сделать следующие выводы: 1. Большое разнообразие природных и техногенных материалов используются в качестве сырья в промышленности строительных материалов, в том числе при производстве цементов, которые имеют различное происхождение и физико-механические характеристики и текстуру, все это требует индивидуального подхода при организации процессов их переработки. 2. Значительные резервы по энергосбережению при измельчении содержат в себе материалы, имеющие исходную природную или полученную в процессе их переработки анизотропную текстуру, которые широко используются в качестве сырья при производстве цементов и других строительных материалов.
Анализ условий силового воздействия при разрушении хрупких тел с различной текстурой
Из материала с высокой степенью износостойкости выполнены пластины правильной шестиугольной формы (рисунок 1.3, компонент А), покрывающие большую часть поверхности валка. Пластины окружены материалом (компонент В) с более низкой износостойкостью. Выбор двух материалов является основополагающим, поскольку обеспечивает оптимальный захват материала, находящегося в рабочем пространстве между валками.
Благодаря более низкой износостойкости компонента В промежутки между пластинами быстро изнашиваются, но скоро заполняются измельчаемым материалом. Заполненные промежутки более грубы, чем остальная поверхность, что улучшает захват материала. Соотношения площадей, покрытых компонентами, можно менять на стадии их изготовления. Таким образом, поверхность «Hexadur» может быть подобрана в зависимости от свойств и параметров исходного материала (размера, влажности и т. д.). Толщина слоя варьируется в пределах от 10 до 50 мм в зависимости от диаметра валка и требуемого срока службы. Для обоих компонентов используется материал повышенной твердости.
Однако обеспечение условий футеровки поверхности валков, которые во многом зависят от величины и формы ячеек, а также свойств измельчаемого материала требует научно обоснованной методики расчета их размеров, отсутствие которой тормозит широкое внедрение данного технического решения в промышленность. В последние годы разработаны конструктивно-технологические решения по повышению износостойкости рабочей поверхности валков и способствующие более равномерному распределению измельчаемого материала по ширине за счёт нанесения рифлей. Данный технический приём реализуется (по различным схемам наплавки рифлей) в конструкции ПВИ отечественного и зарубежного производства [168,234,270,300]. На рисунке 1.4 представлена рабочая поверхность валков ПВИ, выпускаемых немецкой фирмой SPCC[300].
Нанесение на поверхности валков рифлей такой конструкции позволяет осуществлять более надежный захват и доставку материала в зону измельчения с минимальным проскальзыванием. Кроме того, наличие наклоненной поверхности рифли позволяет создавать боковое перемещение материала в момент его захвата и уплотнения, что обеспечивает более равномерное распределение шихты по ширине валков, и тем самым создает условия более качественного измельчения шихты и надежности работы агрегата. Однако рабочая поверхность валков не защищена от интенсивного износа при измельчении абразивных материалов.
Эффективным конструктивно-технологическим решением измельчения материалов, обладающих невысокой сыпучестью, является нанесение на рабочей поверхности валков «самофутерующей» сетки и рифлей (рисунок 1.5) из износостойкого материала в виде ячеек - рифлей [173,224]. Выступающие над поверхностью валков наклонные рифли обеспечивают не только лучшие условия для захвата измельчаемых материалов, доставку их в зону силового разрушения (межвалковое пространство по линии центров), но и способствуют более равномерному перераспределению слоя шихты по ширине валков. Это приводит к более равномерному абразивному износу рабочей поверхности валков по их ширине.
Для исключения сдвигового деформирования измельчаемых частиц о рабочие поверхности валков в направлениях N и S (рисунок 1.5) боковые грани ромбовидных ячеек имеют меньшую высоту. Это предохраняет поверхность валков от интенсивного абразивного износа. Фирма KRUPP Polysius AG применила схему ромбовидной наплавки рабочей поверхности валков износостойким материалом (рисунок 1.6) [168].
Применение такой наплавки валков, позволило снизить проскальзывание измельчаемого материала относительно их рабочей повехности валков и тем самым в 50 - 70 раз уменьшить удельный износ размольных поверхностей по сравнению с шаровой мельницей.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по повышению износостойкости рабочих органов ПВИ [173, 270], за счет использования различных технических решений и схем наплавки поверхности валков, свидетельствуют о необходимости разработки научнообоснованной методики расчета размеров и формы ячейки, при которых измельчённый и спрессованный в ячейках материал предохранял бы поверхность валков от интенсивного износа.
Отсутствие равномерной подачи материала по ширине валков и эффективных способов защиты их поверхности от неравномерного износа, повлекло за собой использование цилиндрического профиля валков [289, 92], и синхронизацию их частоты вращения, что не позволило реализовать более эффективный способ разрушения материалов - сочетание раздавливания со сдвигом.
Таким образом, не смотря на внешнюю простоту, ПВИ содержит в себе ряд узких мест, решение которых позволит значительно повысить надежность в работе агрегата и качество выпускаемой продукции.
Систематизируя приведенные данные о конструктивно-технологических параметрах ПВИ, а также учитывая вышеуказанные специфические особенности измельчаемых материалов, нами определены следующие направления совершенствования конструкций ПВИ: обеспечение направленного питания (особенно анизотропных) материалов и их равномерного распределения по ширине валков; - обеспечение надежного захвата материалов рабочими поверхностями валков; - создание рациональных усилий измельчения материалов с учетом их структуры; - снижение износа рабочих поверхностей валков; обеспечение рациональных условий дезагломерации и помола предварительно измельченных в ПВИ материалов.
Все это свидетельствует о необходимости проведения теоретических и экспериментальных исследований по изучению процесса измельчения материалов в ПВИ и созданию научно обоснованной методики расчета силовых и конструктивно-технологических параметров агрегатов с учетом физико-механических характеристик измельчаемого сырья и их текстуры, а также разработке технических решений, позволяющих повысить долговечность рабочих органов ПВИ.
Необходимо разработать научно обоснованные рекомендации по осуществлению эффективной дезагломерации и помола материалов предварительно измельченных в ПВИ и имеющих анизотропную текстуру с максимальной прочностью в направлении приложения усилия измельчения, что требует иного режима их помола, чем в традиционной шаровой мельнице.
Анализ скорости движения слоя анизотропных частиц в эксцентриковых валках
Анализ литературных источников позволил установить, что материалы после обработки давлением в ПВИ представляют собой спрессованные пластины анизотропной текстуры с максимальной прочностью в направлении приложения усилия измельчения. Поэтому величина усилий, создаваемых между рабочими органами агрегатов, не только позволяет разрушать материал, но также оказывает существенное значение на величину энергозатрат при осуществлении его дезагломерации и помола на последующих стадиях процесса измельчения.
Ранее также было установлено, что материалы с изотропной текстурой целесообразно подвергать объемно-сдвиговому деформированию в валках с коническим рабочим профилем. Однако величина усилия при измельчении материалов не только влияет на энергозатраты, но также является важным показателем как для технологического, так и конструктивного исполнения агрегата. С целью определения необходимых усилий измельчения материалов в ПВИ с коническим профилем валков рассмотрим расчетную схему, представленную на рисунок
Для определения распорного усилия, возникающего между коническими валками в процессе измельчения материалов согласно [223], считаем, что от некоторой величины угла У\, которому соответствует толщина слоя Нх з деформация измельчаемой шихты пропорциональна удельному давлению Р\ (см. рисунок 2.8). Тогда текущему значению угла Ут соответствует удельное давление Рт . На основании вышеизложенного можно записать: Т Ранее (2.19) было установлено, что усилие, необходимое для разрушения слоя хрупких тел Fpa3p, зависит от их физико-механических характеристик, и в зоне максимальных давлений, ограниченной нейтральным углом У н , приняв Pi = Руд, a hT в зоне максимальных давлений hT = 5, уравнение для определения распорных усилий ( 2.53) примет вид: Рх= (0,7lJLaKcr_(tgr-fт)/eSrCsa) y„BRcpcosa. (2.54)
Анализ уравнения (2.54) показывает, что величина усилия измельчения материала в ПВИ с коническим профилем валков зависит: от физико-механических свойств материала сгк ,f,fT; геометрии валков cos ос, В, Rcp и степени деформации шихты КЕ = Hj/ Н2.
В качестве примера, произведем расчет требуемого усилия измельчения для исследуемых материалов в зависимости от величины конусности валков и построим графическую зависимость и сравним значения, полученные расчетным путем по уравнению (2.54) и экспериментальным путем (рисунок 2.9). Исходные данные для расчета: В = 1 м, Rcp = 0,5 м, у = 4 , К = 2tga (a-угол наклона образующей рабочей поверхности валков). Боковое давление в виду небольшой величины зазора между валками, равно 0,07; L = 2(B/cosa+S).
Клинкер со следующими исходными данными : 4р.взв 6,010-3м;/т=0,4;/=0,35;ак=1; tgr-45=l; ; оьж=76МПа. Известняк со следующими исходными данными : dcpB3B& 6,0-10" м; /т= 0,45;/ = 0,35; ак=1; tg «45=l; ку=\,9; сгсж=26МПа, В = 0,3м; D = 0,5м. Расчетные и экспериментальные данные представлены в таблице 2.3.
Влияние конусности валков на величину суммарных усилий измельчения: о - получено экспериментально, Л - получено аналитически; клинкер; - - - известняк Как видно из графической зависимости использование конических валков, создающих при измельчении изотропных материалов цементного производства объемно-сдвиговое деформирование их частиц, позволяет при меньших усилиях получить ту же степень измельчённости шихты.
Измельчение материалов в ПВИ является достаточно сложным процессом, зависящим не только от рациональных усилий разрушения материала, но и от равномерного распределения шихты по ширине валков, а для анизотропных материалов и их направленной подачи. Подача в межвалковое пространство предварительно уплотненного и равномерно-распределенного слоя материала положительно скажется не только на производительности ПВИ и эффективности разрушения анизотропных материалов, но и характере износа рабочих поверхностей валков.
Однако данные процессы требуют детального изучения и выработки научных и практических рекомендаций для разработки надежной конструкции ПВИ и создания рациональных условий его эксплуатации.
Во многом на равномерную подачу материалов по ширине валков ПВИ оказывают влияния конструкции бункеров и применяемые питательные устройства.
Рассмотрим условия истечения материала из бункера квадратного сечения, как наиболее эффективного из применяемых в производстве. Схема к расчету условий истечения и подачи материала к валкам ПВИ представлена на рисунке 2.10.
Значение координаты от средней скорости истечения анизотропных материалов, равное у- = 0,15а свидетельствует о наличии неподвижного слоя у стенок бункера толщиной равной 0,125а, что подтверждается практикой эксплуатации различных питающих устройств. Данное явление приводит не только к ухудшению показателей работы агрегатов, но и к неравномерному износу рабочих поверхностей валков.
На основании результатов исследования можно сделать вывод о том, что для создания равномерного износа рабочей поверхности валков перед подачей анизотропного материала из бункера в межвалковое пространство необходимо осуществлять его равномерное распределение по ширине валков.
Исследование процесса предуплотнения анизотропных материалов в валковом устройстве и вывод уравнения для расчета усилия уплотнения Проведенные исследования условий истечения материалов из бункера и конструкция рабочих органов ПВИ подтверждают целесообразность использования валкового устройства для предуплотнения и равномерного распределения анизотропных материалов по ширине рабочих валков (рисунок 2.11), выполненного на уровне изобретения [188,251,253]. Построим математическую модель и рассмотрим условия предуплотнения и равномерного распределения материалов с анизотропной текстурой по ширине валков валковым устройством.
Расчетную схему механизма уплотнения материала представим, как показано на рисунке 2.12. Положение валкового устройства 1 радиуса г по отношению к бункеру 2 зададим через смещение его центра по горизонтали - L и вертикали - /. Угол наклона стенки бункера обозначим через а, а угол, с которого начинается уплотнение материала, - через f5.
Исследование влияния входных параметров на дополнительно потребляемую мощность
Проведенные аналитические исследования позволили разработать методику и алгоритм расчета (Приложение 1) для определения основных и конструктивно-технологических параметров ПВИ при измельчении материалов с различными физико-механическими характеристиками и текстурой, основные моменты которой заключается в следующем: - исходя из физико-механических характеристик и текстуры материалов, определяем необходимые конструктивно-технологические параметры валков и рассчитываем усилия предуплотнения анизотропных материалов в валковом устройстве, по уравнению (3.104); - с учетом величины зоны максимальных давлений рассчитываем усилия измельчения, реализуемые, соответственно, при измельчении в эксцентриковых и конических валках по формулам (2.43) и (2.54); - по величине силового воздействия на измельчаемый материал и с учетом конструктивно-технологических параметров валков ПВИ определяем потребляемую мощность привода, реализуемую, соответственно, в эксцентриковых валках при измельчении анизотропных материалов и валках с коническим рабочим профилем по полученным выражениям (3.79) и (3.85); - приведенную производительность пресс-валкового измельчителя при требуемом качестве измельчения шихты с учетом конструктивной проработки его рабочих органов (ширины валков, диаметра, зазора между валками, профиля валков) определяем по формуле (3.97). Программное обеспечение для расчета усилий измельчения и основных параметров ПВИ представлено в приложении 1,2.
В результате проведения аналитических исследований движения материалов в ПВИ с различным профилем валков получили уравнения для расчета их угловых параметров.
Аналитически исследовали скоростные потоки движения анизотропных материалов и установили, что попеременное изменение радиусов эксцентриковых валков улучшает условия захвата и реализует раздавливающе-сдвиговое деформирование их частиц. Получили динамику изменения плотности материала, давления и скорости движения рабочей поверхности валков в зависимости от угла их поворота.
Исследовали характер изменения углов деформации по ширине конических валков, различная величина которых свидетельствует о наличии объемно-сдвиговых деформаций при разрушении изотропных материалов, что интенсифицирует процесс их измельчения.
Получены аналитические выражения для расчета потребляемой мощности привода на реализацию процесса измельчения анизотропных материалов в ПВИ с эксцентриковыми валками, затрачиваемую на уплотнение, направленную подачу материалов к валкам и их измельчение.
Выведены уравнения для расчета основных параметров (мощности привода и приведенной производительности) при измельчении материалов изотропной текстуры в конических валках ПВИ, с достаточной точностью отражающие реальный процесс. . Разработан алгоритм для расчета основных параметров ПВИ с различным силовым воздействием на измельчаемый материал. Учитывая, ранее проведенные аналитические и экспериментальные исследования, согласно которым материал после обработки материалов давлением в ПВИ представляет собой спрессованные пластины и имеет микродефектную анизотропную текстуру с максимальной прочностью в направлении приложения усилия, что требует особых условий его дезагломерации и помола, осуществляемого в шаровых мельницах. Такие условия можно создать в шаровой мельнице, оснащенной лопастными и энергообменными устройствами (ЛЭУ), что также позволит интенсифицировать работу мелющих тел и тем самым снизить удельный расход энергии.
Согласно [230, 220,222], установка ЛЭУ в шаровых мельницах (ШМ) приводит к интенсификации движения мелющей загрузки. Во-первых, в зависимости от угла поворота барабана мельницы периодически меняется уровень загрузки в зоне активного влияния ЛЭУ - происходит "зачерпывание" части мелющих тел вместе с измельчаемым материалом и подъем их на большую высоту, чем в мельницах с вертикальными межкамерными перегородками. Во-вторых, мелющие тела в мельницах, оснащенных ЛЭУ, перемещаются не только в плоскостях, перпендикулярных оси барабана мельницы, но и вдоль её.
Интенсификация движения мелющих тел в мельницах с ЛЭУ позволяет, при прочих равных условиях, измельчать большее количество материала за один и тот же промежуток времени, чем в мельницах с вертикальными перегородками. Но для интенсификации движения мелющей загрузки ей необходимо передавать дополнительное количество энергии. Роль передатчика энергии играют ЛЭУ.
Таким образом, при прочих равных условиях (размеры барабана мельницы, длины камер, частота вращения, коэффициент заполнения мелющей загрузкой и др.) мельницы, оснащенные ЛЭУ, будут потреблять большую мощность, чем мельницы, оснащенные вертикальными перегородками.
При работе мельниц с вертикальными перегородками положение центра масс мелющей загрузки (в установившемся режиме ее движения) не меняется. При работе мельниц, оснащенных ЛЭУ, центр масс мелющей загрузки периодически меняет свое положение, в зависимости от угла поворота барабана мельницы (а вместе с ним и ЛЭУ), как в горизонтальной плоскости, так и по вертикали.
При расчете мощности, потребляемой шаровыми мельницами, оснащенными ЛЭУ, в основу была положена методика, вытекающая из законов динамики механических систем, основанная на следующей (экспериментально подтвержденной исследованиями) гипотезе, что мощность, потребляемая ШМ, оснащенными ЛЭУ, превышает мощность, потребляемую аналогичными мельницами с вертикальными перегородками, на величину, необходимую для перемещения центра масс мелющей загрузки [101,114,115].
В представляемой работе методика была существенно переработана, поскольку впервые рассматривался случай установки в мельнице одновременно двух ЛЭУ - наклонной межкамерной перегородки и эллиптического сегмента, что существенно изменило характер движения мелющей среды, в том числе - и изменение положения центра масс загрузки, на расчете которого и основана методика.
Так как мощность определяется работой, совершаемой силой за единицу времени, то выполним расчет работы сил, в результате действия которых меняется положение центра масс мелющей загрузки. Таких сил две: сила тяжести (вес мелющей загрузки) - работа совершается при перемещении центра масс по вертикали, и сила трения - работа совершается при перемещении центра масс в горизонтальной плоскости.
Сила тяжести является силой потенциальной, т. е. работа этой силы не зависит от вида траектории, а определяется только начальной и конечной точками перемещения точки приложения силы. Сила тяжести прилагается в центре масс. А поскольку центр масс мелющей мельницы возвращается в исходное положение, то работа силы тяжести (за один оборот барабана мельницы) равна нулю. Сила трения потенциальной силой не является, поэтому работа этой силы зависит от вида траектории, точнее - от "пройденного пути" центром масс (от перемещения центра масс).
