Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор состояния и направления развития оборудования для тонкого и сверхтонкого измельчения 10
1.1 Современное оборудование для тонкого и сверхтонкого измельчения материалов 10
1.2 Анализ отечественных и зарубежных струйных измельчителей 17
1.3 Обоснование выбора принципиальной схемы пневмоструинои мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры 29
1.4 Тонкодисперсные порошки в производстве сухих строительных смесей 35
1.5 Цель и задачи исследований 42
1.6 Выводы 43
2 Математическое описание процесса движения частицы материала в помольной камере с самофутерующейся отбойной поверхностью 45
2.1 Определение геометрических параметров помольной камеры пневмоструинои мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры 45
2.2 Описание конструктивных и технологических характеристик помольной камеры с самофутерующейся поверхностью 49
2.3 Определение силы сопротивления сыпучей среды при внедрении в нее частицы материала 52
2.4 Уравнение, описывающее движение частицы материала в сыпучей среде 55
2.5 Выбивание частиц материала из поверхностного слоя самофутерующейся поверхности 60
2.6 Математическое описание процесса разрушения частиц материала в результате лобового удара о частицы самофутерующейся поверхности 64
2.7 Выводы 73
3 План и методика проведения экспериментальных исследований 75
3.1 Основные положения экспериментальных исследований 75
3.2 Описание экспериментальной установки, применяемого оборудования и средств контроля 78
3.3 План многофакторного эксперимента 90
3.4 Характеристика исследуемого материала 95
3.5 Выводы 97
4 Результаты экспериментальных исследований пневмоструинои мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры 99
4.1 Анализ уравнений регрессии q, s, q 99
4.2 Анализ влияния основных параметров на эффективность процесса измельчения в пневмоструинои мельнице с эффектом самофутеровки помольной камеры 106
4.3 Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных 119
4.4 Определение рациональных параметров процесса измельчения в пневмоструинои мельнице с эффектом самофутеровки помольной камеры 124
4.5 Анализ зернового состава готового продукта 129
4.6 Выводы 134
5 Промышленное внедрение 136
5.1 Описание промышленной установки 136
5.2 Расчет экономической эффективности 138
5.3 Выводы... 143
Основные результаты и выводы 144
Список литературы
- Анализ отечественных и зарубежных струйных измельчителей
- Описание конструктивных и технологических характеристик помольной камеры с самофутерующейся поверхностью
- Описание экспериментальной установки, применяемого оборудования и средств контроля
- Анализ влияния основных параметров на эффективность процесса измельчения в пневмоструинои мельнице с эффектом самофутеровки помольной камеры
Введение к работе
Эффективность производства и необходимость повышения дисперсности строительных и отделочных материалов различных отраслей промышленности связаны с совершенствованием существующего и созданием нового оборудования и технологий для тонкого и сверхтонкого измельчения.
Всестороннее критическое изучение современного оборудования позволяет устранить основные недостатки и слабые места, а также определить пути развития новой техники и технологий.
На сегодняшний день в различных отраслях промышленности подвергается помолу свыше миллиарда тонн порошков. С ростом дисперсности готового продукта производительность процесса помола материалов резко снижается при одновременном повышении энергозатрат, а, начиная с некоторой, предельной для различных материалов дисперсности, дальнейшее измельчение становится весьма затруднительным. Кроме того, с уменьшением дисперсного состава порошков поведение его частиц обнаруживает качественно новые стороны. Слишком развитая удельная поверхность сверхтонких порошков приводит, например, к появлению агломератов частиц, появляющихся благодаря силам аутогезии. Это влечет за собой снижение производительности измельчителей вследствие залипання частичек материала на корпусе и рабочих органах агрегатов [63,94].
В то же время, с ростом тонкости помола возрастает поверхность контакта веществ и скорость растворения материалов, сокращается продолжительность схватывания и увеличивается прочность вяжущих материалов, в зависимости от степени дисперсности изменяется цвет пигментов и наполнителей [16, 19].
В настоящее время машиностроительной промышленностью освоен выпуск различного типа машин и оборудования, однако, поиски более совершенных их конструкций не прекращаются. К числу причин, стимулирующих усилия в этом направлении относятся: [12]
растущая потребность в тонкомолотых порошках со средневзвешенным размером частиц менее 5 мкм;
повышение требований к чистоте готового продукта от намола рабочих тел и футеровки;
стремление к снижению удельного расхода энергии, затрачиваемой на измельчение;
получение готового продукта с узким гранулометрическим составом и возможность его регулирования;
- появление новых синтетических материалов с особыми свойствами.
Поэтому, совершенствование помольного оборудования, а также
применение более эффективных и экономичных способов измельчения является актуальной задачей.
К настоящему времени одним из перспективных способов тонкого и сверхтонкого измельчения является пневмоструйное измельчение материалов, реализуемое в мельницах струйной энергии.
Эффективность таких мельниц обуславливается, в первую очередь, отсутствием не только мелющих тел, но и каких-либо движущихся частей. Процесс измельчения может сочетаться со смешением, сушкой, обжигом, синтезом и другими технологическими операциями.
В пневмоструйных мельницах применяется способ измельчения материалов, заключающийся в придании механического ускорения измельчаемым частицам при помощи струй сжатого воздуха. Использование высоких скоростей (до нескольких сотен метров в секунду) позволяет повысить не только дисперсность получаемого продукта, но и удельную производительность измельчителя. Кроме того, появляется возможность получения готового продукта, химически чистого от механических примесей, возникающих от износа рабочих тел измельчителя.
На наш взгляд, одним из самых перспективных типов таких мельниц являются пневмоструйные мельницы с отбойной плитой [93]. Они имеют некоторые преимущества по сравнению с противоточными струйными
мельницами: более простая конструкция, на 50% меньший расход энергоносителя в силу применения одного единственного рабочего сопла и, соответственно, меньший удельный расход энергоносителя. Однако, главным недостатком, сдерживающим продвижение данного измельчителя на рынке, является повышенный износ отбойной плиты и, как следствие, загрязнение готового продукта частицами ее износа.
В предлагаемой конструкции пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры, в которой роль отбойной плиты выполняет футеровочная поверхность, образованная из частиц того же материала, имеет преимущество перед традиционным измельчением материала, которое заключается в устранении механического износа отбойной плиты, что, в свою очередь, приводит к существенному снижению примесей в готовом продукте.
Следует отметить, что наибольшее внимание в литературе по данной
тематике отводится расчёту эжекторных узлов, а рекомендации по исполнению
конструктивных параметров помольной камеры приводятся как дополнение,
хотя пребывание частиц на участке разгона на порядок меньше времени
пребывания частиц в зоне соударений струй, а концентрация твердой фазы в
зоне измельчения в десятки раз выше, чем в разгонном узле [86, 87]. :
Поскольку предлагаемая конструкция пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры обладает новизной, к настоящему времени отсутствуют теоретические выкладки, позволяющие рассчитать ее конструктивно-технологические параметры, чему и посвящена данная работа.
Целью настоящих исследований является разработка методики расчета, исследование и получение рациональных технологических и конструктивных параметров пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры, обеспечивающих повышение эффективности помола.
Научная новизна заключается в получении:
- аналитических выражений для нахождения геометрических размеров помольной камеры пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки;
величины силы сопротивления частицы материала в рыхлой сыпучей среде в рамках трехмерной модели;
аналитического выражения, определяющего максимальную глубину конуса разрушения, образующегося на футеровочной поверхности в результате измельчения;
аналитического выражения для определения величины деформации в случае лобового удара двух частиц сферической формы;
выражений для определения значений критических скоростей, при которых происходит разрушение материала о футеровочную поверхность;
уравнений регрессии, позволяющих определить рациональные режимы процесса измельчения в пневмоструйной мельнице предложенной конструкции;
новой патентно-чистой конструкции пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры.
Практическая ценность работы заключается в расчете конструктивно-технологических параметров пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры и рекомендациях по выбору рациональных технологических режимов ее работы в составе малотоннажных технологических комплексов по производству сухих строительных смесей, а также в разработке новой патентно-чистой конструкции пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры и ее внедрении в промышленное использование.
Реализация работы. Диссертационная работа выполнялась в БГТУ им. В.Г. Шухова в рамках Межвузовской научно-технической программы «Инновационная деятельность высшей школы». Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса измельчения, методики расчета рациональных конструктивных и технологических параметров, разработанный вариант пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры внедрены в промышленных условиях в ОАО «Стройматериалы» (г. Белгород), а также в учебный процесс Белгородского государственного
технологического университета им. В.Г. Шухова на кафедре «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций».
Диссертационная работа рассмотрена на заседании кафедры «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций» в сентябре 2007 года.
Основные результаты исследований докладывались на следующих научно-технических конференциях: II Международном студенческом форуме «Образование, наука, производство» (2004, г. Белгород); Межрегиональной научно-технической конференции с международным участием «Механики -XXI веку» (2005, г. Белгород); Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (2006, г. Брянск); Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (2007, г. Белгород).
Публикации. По результатам работы опубликовано 8 статей, получено 2 патента РФ:
Патент РФ № 46203, кл. В02С 19/06 «Разгонная трубка эжектора» опубл. в БИ №18 27.06.2005 г.
Патент РФ № 49736, кл. В02С 19/06 «Струйная мельница с самофутерующейся камерой помола» опубл. в БИ №34 10.12.2005 г.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные выводы, рекомендации и направления дальнейших исследований. Работа включает 156 страниц, в том числе 142 страницы машинописного текста, 7 таблиц, 57 рисунков, список литературы из 120 наименований и приложение на 2 страницах.
На защиту выносятся:
- аналитическое выражение, определяющее максимальную глубину конуса разрушения, образующуюся на футеровочной поверхности в результате измельчения;
аналитическое выражение для определения величины деформации в случае лобового удара двух частиц сферической формы;
выражение для определения значений критических скоростей, при которых происходит разрушение материала о футеровочную поверхность;
расчет конструктивно-технологических параметров помольной камеры пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки;
регрессионные модели, определяющие влияние основных факторов, обуславливающих протекание процесса измельчения, на производительность мельницы, удельную поверхность получаемого продукта и объемный расход энергоносителя;
теоретически обоснованное конструктивное решение пневмоструйной мельницы с эффектом самофутеровки помольной камеры, позволяющее повысить эффективность процесса измельчения мраморной крошки для производства сухих строительных смесей.
Анализ отечественных и зарубежных струйных измельчителей
Активное развитие техники струйного измельчения можно отнести к середине XX века. К тому же периоду относятся и первые фундаментальные исследования в этой области. В России родоначальником теории струйного измельчения по праву считается доктор технических наук Акунов В.И., посвятивший ей ряд научных трудов [3,4, 5, 6].
В основе работы струйных измельчителей лежит принцип самоизмельчения частиц материала при их столкновениях друг с другом, с большими скоростями. В качестве энергоносителя, придающего механическое ускорение измельчаемым частицам применяется сжатый воздух, перегретый пар или инертный газ.
В настоящее время существует множество разновидностей струйных измельчителей, применяемых в самых разнообразных отраслях промышленности. Широкому распространению струйных мельниц способствует ряд преимуществ по сравнению с традиционными способами измельчения: отсутствие мелющих тел и движущихся деталей в зоне помола, что снижает износ и загрязнение получаемого продукта; возможность сочетания помола со смешением, сушкой, обжигом, синтезом и другими технологическими процессами; легкая встраиваемость мельницы в замкнутый цикл с сепарирующим оборудованием; малый уровень шума при работе и др.
Классифицируют струйные измельчители как по типу помольной камеры (с плоской горизонтальной помольной камерой, с вертикальной помольной камерой, с противоточной камерой, комбинированные), так и по виду энергоносителя (пневмоструйные, пароструйные и газоструйные) [6, 21].
Рассмотрим некоторые современные конструкции отечественных и зарубежных струйных измельчителей. Для измельчения сыпучих материалов в химической и цементной отраслях применяется газоструйная мельница, представленная на рисунке 1.1. Мельница работает следующим образом. Исходный материал из бункера 1 дозатором 2 по патрубкам 3 направляется в расходные бункера 4. В эти
бункера из классификатора 11 по возвратным патрубкам 12 подаются недомолотые частицы. Сжатый газ, поступающий от источников газового энергоносителя подхватывает поступающие из расходных бункеров по патрубкам питания 5 частицы, ускоряет их в разгонных трубках 8 и выносит в помольную камеру гантелевидной формы 9. Выходящие с большой скоростью из противоположно установленного разгонного узла частицы материала при столкновении теряют горизонтальные составляющие скорости, разрушаются и за счет сохраняющихся вертикальных составляющих вместе с потоком газа выносятся в выходной патрубок 10 и далее в классификатор 11.
Избежавшие столкновения частицы по инерции пролетают зону пересечения струй, попадают по касательной на верхнюю поверхность гантелевидной полости, сохраняя неиспользованную кинетическую энергию.
Для поддержания высоких скоростей в зону циркуляции через сопла 14 дополнительно подается сжатый газ. Двигаясь по поверхности полости и, разрушаясь под действием сил трения, частицы вылетают с нижних поверхностей по касательным в направлении пересечения струй инжекторов.
По мнению авторов, конструкция мельницы позволяет эффективно измельчать материал за счет более полного использования кинетической энергии пылегазовых струй [58]. Однако, довольно сложная геометрия помольной камеры, а также интенсивный износ бронеплит футеровки препятствуют широкому распространению данной конструкции.
Измельчение осуществляется следующим образом. Подлежащий измельчению исходный материал из бункера 1 по патрубку 2 подают в помольную камеру 3. Одновременно в помольную камеру подают также газовый энергоноситель через трубопровод непрерывной подачи 10 и трубопровод пульсирующей подачи 8. Непрерывно подаваемый энергоноситель поступает через коллектор 9 в наклонно установленные сопла 6, формируется в помольной камере в вихревой поток, смешивается с частицами измельченного материала и перемещает их по спирали в зону сепарации. Энергоноситель, подаваемый из трубопровода пульсирующей подачи через коллектор 7 и вертикально установленные сопла 5, подается в помольную камеру периодически, сообщая поперечные колебательные перемещения движущемуся по спирали в классификатор 11 газоматериальному потоку.
В классификаторе происходит разделение частиц по крупности. Недоизмельченные частицы под действием центробежных и гравитационных сил возвращаются в помольную камеру на доизмельчение, а частицы заданной крупности по газоходу 12 выносятся в пылеосадительные устройства. Частота и амплитуда колебаний энергоносителя пульсирующего источника выбирается в зависимости от удельного веса материала и его прочностных свойств [59].
При сравнительно невысоком удельном расходе электроэнергии, недостатком вышеописанной конструкции является малая крупность частиц исходного продукта (не более 0,5 мм), вызывающая необходимость предварительного измельчения.
Украинские специалисты разработали мельницу с плоской помольной камерой, представленную на рисунке 1.3, которая может быть использована в различных областях промышленности и обеспечивает ультратонкое измельчение вязких и других материалов, вплоть до наноразмеров.
Данная установка в качестве энергоносителя может использовать сжатый воздух, перегретый пар или инертный газ. Измельчаемый материал через эжекторный узел 3 поступает в помольную камеру 1, туда же через форсунку 2 подается энергоноситель
Описание конструктивных и технологических характеристик помольной камеры с самофутерующейся поверхностью
Конструктивные параметры помольной камеры в совокупности с питающим бункером представлены на рисунке 2.2.
Схема на рисунке 2.2 содержит следующие обозначения: а - глубина бункера с футеровочным материалом; Ъ - ширина бункера; dK - диаметр помольной камеры; D\ - высота слоя футеровочного материала; D - максимальная высота поднятия шибера; Н - полная высота бункера; ц/ угол естественного откоса футеровочного материала; V\ - объем бункера без учета патрубка пылеуноса; Vi - объем бункера с учетом половины патрубка пылеуноса высотой D. Согласно схемы на рисунке 2.2 объем футеровочного бункера равен: 7Г с2 D, ( л с2\ V1 = a-b-D1 g—U .U-b —Jf (2.16) а объем камеры помола равен: V2 = a-b-D = D-la-b —J. (2.17)
Рассмотрим механизм образования самофутерующейся отбойной поверхности, которая формируется в результате просыпания сыпучего материала через питающий бункер. Геометрия расположения внешней поверхности насыпного материала, очевидно, будет определяться подвижностью, благодаря которой формируется внешняя граница, поверхность которой, в свою очередь, характеризуется углом наклона образующей к горизонтальной плоскости ab (угол \р). В литературных источниках его называют углом естественного откоса материала. Его величина зависит от способа формирования, рода материала, влажности и времени слеживания. Величину угла естественного откоса насыпного материала можно определить в лабораторных условиях. Для этого необходимо в сосуд цилиндрической формы без дна, установленный на плоскости, поместить исследуемый сыпучий материал. При медленном подъеме сосуда образуется конус с углом наклона образующей равным углу естественного откоса, который соответствует данному роду и состоянию материала.
К основным характеристикам сыпучего материала в нашем случае следует отнести: крупность частиц, насыпную плотность и подвижность. По крупности насыпной материал, в зависимости от размера частиц, подразделяют на следующие категории: пылевидный, порошкообразный, мелкозернистый, крупнозернистый, мелкокусковой, среднекусковой и крупнокусковой. В нашем случае будем рассматривать крупнозернистый насыпной материал, размер частиц которого изменяется в пределах от 1 до 5 мм.
Насыпная плотность у {кг/мг) характеризуется массой единицы объема сыпучего материала. При постоянных гранулометрическом составе и удельной плотности насыпная плотность сыпучих материалов является переменной величиной, зависящей от процесса формирования насыпного объема, времени нахождения материала в объеме и от степени заполнения влагой пор насыпного материала.
Подвижность насыпного материала зависит от величины сил трения сцепления между частицами, которые тем больше, чем выше давление в сыпучем объеме. Сила сопротивления насыпного материала сдвигу зависит от величины силы внутреннего трения и сцепления между частицами материала. Поэтому, в силу сказанного, условие равновесия объема насыпного материала можно записать в виде [72]: f0 = fi-N + C-S, (2.18) где їх - коэффициент внутреннего трения; її = tgtp, (2.19) ср - угол внутреннего трения; N - сила нормального давления, Н; С - величина силы сцепления, приходящаяся на единицу площади, на которой происходит сдвиг, Н/м2; 5" - площадь, на которой происходит сдвиг, м2. Отметим, что величина сцепления насыпного материала при кратковременном слеживании характеризуется величиной: С = 400- 1000 Н/м2; (2.20) коэффициент внутреннего трения для мрамора, согласно [89], можно принять в следующих пределах: ц = 0,5 + 0,9. (2.21) Соотношение (2.18) представим в виде равновесного напряжениях, если его почленно разделить на S, тогда: т = \І а0 + С, (2.22) где сг0 - статическое напряжение, возникающее в сыпучем материале, Па. Процесс взаимодействия налетающей частицы материала с насыпной поверхностью частиц этого же материала может протекать следующим образом: лобовое столкновение, выбивание частицы материала из поверхностного слоя, проникновение частицы материала в сыпучую среду.
Рассмотрим движение частицы в результате ее внедрения в насыпной материал. Для этого получим уравнение движения частицы с учетом сопротивления, оказываемого сыпучим материалом.
Силы сопротивления, возникающие в рыхлой сыпучей среде при внедрении в нее частиц материала существенно зависят от величины начальной скорости внедряемой частицы. Так, при начальной скорости частицы #0 1 м/с, внедрение частицы можно рассматривать как процесс вдавливания штампа с соответствующей площадью в полупространство. Для начальных значений скоростей частицы #0 103 м/с имеется обширная литература по баллистике снарядов. Внедрение материальных объектов в сыпучую среду, движущихся с начальными скоростями i90 102 м/с изучено менее подробно [81]. Будем исходить, согласно [ПО], из предположения, что сила сопротивления сыпучей среды при внедрении в нее частицы материала состоит из двух слагаемых:
Описание экспериментальной установки, применяемого оборудования и средств контроля
Для проведения экспериментальных исследований по изучению процесса измельчения мраморной крошки в пневмоструйной мельнице с эффектом самофутеровки помольной камеры, необходимо применять следующее специальное оборудование:
1) экспериментальную установку для исследования процесса измельчения с возможностью изменения исследуемых параметров и режимов работы мельницы в заданных постановкой задачи пределах;
2) контрольно-измерительные приборы (манометры, воздушный редуктор, ротаметр и др.), соответствующие исследованию изучаемого процесса и обеспечивающие необходимую точность измерения.
С учетом вышеуказанных требований и плана экспериментов, был разработан и изготовлен экспериментально-промышленный образец установки для определения варьируемых параметров и исследования процесса измельчения мраморной крошки в пневмоструйной мельнице с эффектом самофутеровки помольной камеры.
С целью повышения качества готового продукта и уменьшения межремонтного периода было решено создать внутри помольной камеры пневмоструйной мельницы эффект самофутеровки. Он реализован за счет дополнительного бункера с футеровочным материалом, примыкающего в нижней части к патрубку пылеуноса с образованием камеры помола. Мелкокусковой материал, засыпаемый в этот бункер образует футеровочную поверхность с углом естественного откоса к горизонту ЦІ и играет роль отбойной плиты, по принципу конструкции струйной мельницы с отбойной плитой [93].
Эжекторный узел, представленный на рисунке 3.5, состоит из приёмного бункера 1, приваренного к корпусу 2 и участка разгона 3. Внутри корпуса расположен соплодержатель 4, сопло и разгонная трубка, состоящая из набора равновеликих колец, выполняющих роль футеровки (см. рисунок 3.6).
К соплодержателю крепится напорный рукав диаметром 16 мм для подвода сжатого воздуха и фиксируется зажимом.
По бокам приемного бункера расположены два смотровых окна 5 для визуального наблюдения за процессом поступления материала в приёмный бункер. Торцевая пробка 9, расположенная на стенке приемного бункера, служит для прочистки помольной камеры от измельчаемого материала в случае переполнения им мельницы.
Участок разгона имеет съемную крышку 6, которая служит доступом к футеровочным кольцам, расположенным внутри участка разгона. Фиксация съемной крышки 6 производится с помощью двух зажимов 7. Для присоединения эжекторного узла к бункеру с футеровочным материалом служит фланец 8. Более подробно конструкция и принцип действия эжекторного узла были рассмотрены в пункте 1.4. Общий вид бункера с футеровочным материалом и патрубком пылеуноса представлен на рисунке 3.7.
Бункер представляет собой металлический каркас из передних 1, боковых 2 и задней 3 стенок, вваренных в патрубок пылеуноса 4, представляющий собой трубу с образованием камеры помола 5. В бункере предусмотрена возможность регулировки угла наклона задней стенки к горизонтали, используя шарнир 6 и размера выгрузочного отверстия при помощи шибера 7, зафиксированного спереди двумя шпилькам 8, перемещающимися по направляющим 9 в передних стенках бункера.
Назначение шибера заключается в том, чтобы при первой загрузке бункера футеровочным материалом помольная камера была изолирована от падающего материала с последующим подъемом и фиксацией шибера в определенном положении.
Функция регулируемой задней стенки - придание угла к горизонтали для поверхности из футеровочного материала, большего, чем угол естественного
откоса, а также возможность удаления футеровочного материала из бункера, откинув заднюю стенку в горизонтальное положение. Для ее фиксации в вертикальном положении предусмотрены два стержня 10. При помощи этих регулировок была найдена рациональная форма отбойной футеровочной поверхности. Эжекторный узел присоединяется к бункеру при помощи фланца 11. С сепаратором бункер стыкуется при помощи фланца 12.
Для того, чтобы зафиксировать значения угла в звездных точках были использованы промежуточные накладки, позволяющие уменьшить угол наклона с 50 до 41 и увеличить с 90 до 99. Изменяя угол наклона присоединительного фланца разгонного узла, мы меняем угол между разгонным узлом и патрубком пылеуноса, так называемый угол атаки футеровочного материала.
Питание мельницы осуществлялось при помощи сжатого воздуха давлением от 0,2 до 0,6 МПа с температурой 20 С, источником энергоносителя служил компрессор типа ВП-20/8 производительностью до 20 м /мин. От ресивера последнего по магистрали воздух через сопло подавался в эжекторныи узел пневмоструйной мельницы.
Подача сжатого воздуха в систему регулировалась с помощью редуцирующего устройства с манометром, а для контроля рабочего давления воздуха от компрессора использовались манометр типа МТП-100 с пределом измерения 0-И МПа.
Роль классифицирующего устройства выполнял центробежный воздушно-проходной сепаратор. Частоту вращения ротора сепаратора регулировали с помощью многозаходного шкива путем изменения передаточного отношения клиноременной передачи. Для придания вращения ротору использовался трехфазный асинхронный электродвигатель мощностью 1,1 кВт с частотой вращения 1000 об/мин.
Готовый продукт разгружался из циклона и рукавного фильтра. Для создания разрежения в помольной камере и для пневмотранспорта материала по системе был установлен вентилятор высокого давления с приводом от трехфазного асинхронного электродвигателя мощностью 1,5 кВт с частотой вращения 1500 об/мин.
Управление установкой производилось с кнопочного поста, к которому параллельно были подсоединены через магнитные пускатели оба двигателя: привода ротора сепаратора и вентилятора высокого давления.
Исходные параметры измельчаемого материала контролировались по их гранулометрическому составу. Для определения остатков на контрольных ситах применялось вибровстряхивающее устройство типа СММ с набором сит № 5, 4, 3, 2, 1, 05, 025, 008 по ГОСТ 3584-73 и фарфоровые чашки диаметром 15...20см.
Навеска проб осуществлялась при помощи электронных весов ВНУ 2/15 с точностью ±0,5%. Влажность исходных материалов определялась, используя весовой метод сушки в сушильном шкафу (температура регулирования от +10С до +110С с точностью ±3%).
Последовательность действий при проведении эксперимента была следующей.
Вначале подготавливаем к работе бункер с футеровочным материалом. Для этого опускаем до упора вниз шибер, после этого засыпаем в бункер футеровочный материал - мраморную крошку с размером частиц 5±0,5 мм. Поднимаем шибер в рабочее положение на высоту 160 мм, определенную экспериментальным путем.
Анализ влияния основных параметров на эффективность процесса измельчения в пневмоструинои мельнице с эффектом самофутеровки помольной камеры
Анализ трех уравнений регрессии с четырьмя независимыми факторами является непростой задачей статистики. Поэтому для упрощения восприятия информации нами было решено исследовать парные воздействия интересующих нас параметров - угла между разгонным узлом и патрубком пылеуноса а,; отношения радиусов измельчаемого (г{) к футеровочному (г2) материалам г\1г частоты вращения ротора сепаратора п, об/мин и давления энергоносителя (сжатого воздуха) Р, МПа на функции цели: часовую производительность мельницы Q, кг/ч; удельную поверхность получаемых порошков микромрамора S, см /г и объемный расход энергоносителя q, м /ч.
На рисунках 4.4 и 4.5 представлены зависимости производительности Q, удельной поверхности S и объемного расхода энергоносителя q от угла а при частоте вращения ротора сепаратора «=403 об/мин и и=897 об/мин соответственно. Из приведенных графиков следует, что зависимость производительности от угла а имеет слабовыраженный экстремальный характер с экстремумом в районе 73- -79 при максимальной производительности Q, равной 18 кг/ч, достигаемой при совокупности факторов ri/r2=0,32 и Р=0,54 МПа. Кривые производительности для «=897 об/мин проходят ниже, чем для «=403 об/мин, что вполне логично - с увеличением частоты вращения ротора сепаратора при постоянстве остальных параметров, производительность снижается. Рост производительности до 73 обусловлен облегчением выхода материала по патрубку пылеуноса в сепаратор после соударения. После 79 производительность начинает снижаться, так как при таких углах столкновения процесс разрушения хрупких материалов происходит значительно менее эффективно, соответственно, возрастает и кратность циркуляции материала внутри мельницы.
Зависимость удельной поверхности S от угла а при «=403 и 897 об/мин (рисунки 4.4 и 4.5) свидетельствует о том, что с увеличением угла а удельная поверхность во всех исследуемых случаях монотонно убывает. Объяснить это можно следующим образом: при установке угла а в положение 40 к вертикали патрубка пылеуноса разгоняемые частицы ударяются о футеровочную поверхность под углом, близким к углу в 90. Как известно [96], лобовой удар является наиболее эффективным для разрушения хрупких частиц, что и подтверждается графиками удельной поверхности на рисунках 4.4 и 4.5. При увеличении частоты п с 403 до 897 об/мин удельная поверхность возрастает в среднем 1,6 раза и достигает максимального значения в 9000 см /г.
Графики объемного расхода воздуха от угла а (рисунки 4.4 и 4.5) имеют практически линейную зависимость, причем расход плавно увеличивается с ростом угла а не более, чем на 7,5%. Своего максимального значения в 45 м /ч функция q{a) достигает при п = 403 об/мин; г\1гг = 0,32 и Р = 0,54 МПа.
Увеличение расхода связано с тем, что при увеличении угла а уменьшается, так называемый, «подпор» воздуха, образованный стенкой из футеровочного материала. Так, например, при а=100 двухфазный поток воздуха с материалом по касательной ударяется о футеровочную отбойную поверхность и направляется в сепаратор. При увеличении частоты вращения ротора сепаратора п с 403 до 897 об/мин при постоянстве остальных параметров, наблюдается также незначительный рост объемного расхода воздуха (не более 10%), что связано с увеличением разряжения, создаваемого сепаратором в патрубке пылеуноса.
Зависимости производительности мельницы Q, удельной поверхности S и объемного расхода энергоносителя q от отношения радиусов измельчаемого к футеровочному материалам г\/г2 при давлении энергоносителя Р=0,26 МПа и Р=0,4 МПа представлены соответственно на рисунках 4.6 и 4.7.
Из графика производительности мельницы Q на рисунке 4.6 видно, что давления в 0,26 МПа недостаточно для эффективного разгона и разрушения измельчаемых частиц. При повышении давления с 0,26 до 0,4 МПа при постоянстве остальных параметров производительность возросла более, чем в 1,5 раза. Что касается комбинаций варьируемых параметров (рисунок 4.7), то предпочтительными оказываются следующие: а=50 и и=403 об/мин. Кривые 1, 2 и 3, 4 на рисунках 4.6 и 4.7 имеют различные точки экстремумов, однако интересующая нас кривая производительности №1 на рисунке 4.7 достигает максимального значения производительности вблизи г\/г2=0,56.
Зависимость удельной поверхности S=j[r\lr2) носит слабовыраженный экстремальный характер. Как и на предыдущей паре графиков точки экстремумов для различных комбинаций расположены по-разному. Для интересующей нас комбинации (кривая удельной поверхности №1 на рисунке 4.7) точка максимума расположена около ri/r2=0,56. Рассматривая различные комбинации, несложно заметить, что значительно более высокая удельная поверхность образуется при сочетании факторов а=50 и «=897 об/мин, она достигает 9500 см /г. Для сравнения, следующая кривая с показателями «=50 и и=403 об/мин достигает своего максимума при 6800 см /г. Это говорит о том, что для удельной поверхности доминирующим фактором является угол а, что подтверждается проведенным выше анализом уравнения (4.2).
Объемный расход воздуха q снижается по мере возрастания показателя г\ІГ2 до значений гі//-2=0,84; а затем наблюдается его незначительный рост. При увеличении давления на 65% при постоянстве остальных параметров, объемный расход воздуха увеличился в среднем на 25%. В целом, изменение объемного расхода воздуха в зависимости от отношения г\/г2 незначительно и не превышает 2%.
