Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Анизотропные материалы и области их использования 10
1.2. Морфологические и физико-механические особенности анизотропных материалов 14
1.3. Характеристика дробильно-помольного оборудования для переработки анизотропных материалов 18
1.4 Теоретические положения хрупкого разрушения анизотропных тел 22
1.5. Анализ методик расчета основных параметров пресс-валкового агрегата 28
1.6. Основные направления совершенствования технологических комплексов с использованием пресс-валковых измельчителей 31
1.7. Цель и задачи исследований 38
2. Теоретические исследования пресс-валкового агрегата для измельчения анизотропных материалов 39
2.1. Исследование условий истечения материала и питания 39 пресс-валкового агрегата 39
2.2. Аналитические исследования процесса предуплотнения шихты 44
2.3 Исследования процесса разрушения анизотропных материалов 51
2.4. Исследование кинематических параметров пресс-валкового агрегата с раздавливающее-сдвиговым деформированием шихты 58
2.4.1. Угловые параметры валков 60
2.4.2. Кинематические параметры валков 64
2.4.3. Скоростные потоки шихты 65
2.5. Расчет усилия измельчения при раздавливающе-сдвиговом деформировании шихты 69
2.6. Расчет энерго-силовых параметров пресс-валкового агрегата 74
2.7. Выводы 81
3. Разработка стендовых установок и методики экспериментальных исследований 82
3.1. Разработка модельной установки и характеристики исследуемых материалов 82
3.2. Разработка пресс-валкового агрегата для измельчения анизотропных материалов 84
3.3. Методика экспериментальных исследований при изучении процесса измельчения анизотропных материалов 91
3.4. Многофакторное планирование эксперимента и обработка результатов исследований 93
3.5. Выводы 97
4. Экспериментальные исследования процесса измельчения анизотропных материалов и повышение эксплуатационной надежности пресс-валкового агрегата 98
4.1. Исследование основных закономерностей процесса измельчения анизотропных материалов 98
4.2. Многофакторное планирование эксперимента при измельчении анизотропных материалов в пресс-валковом агрегате 102
4.2.1. Фрикционное воздействие на измельчаемые частицы 106
4.2.2. Скоростные параметры процесса измельчения
4.2.2. Сдвиговое деформирование частиц 114
4.2.3. Давление измельчения частиц 115
4.3. Изучение влияния технологических режимов работы ПВА на дисперсные характеристики анизотропных материалов 119
4.4. Разработка технических условий по повышению износостойкости и эксплуатационной надёжности рабочих органов ПВА 129
4.5. Выводы 135
5. Опытно-промышленные испытания пресс-валковых агрегатов при производстве строительных изделий с использованием анизотропных материалов 138
5.1. Разработка технологического комплекса для измельчения анизотропных материалов 138
5.2. Опытно-промышленные испытания пресс-валкового агрегата для измельчения анизотропных материалов 140
5.3. Использование пресс-валкового агрегата для измельчения метаморфических сланцев при производстве силикатных изделий 143
5.4. Опытно-промышленные испытания пресс-валкового измельчителя при производстве силикатного кирпича 150
5.5. Технико-экономическая эффективность от использования научно-технических разработок 151
Общие выводы 152
Список литературы 155
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
- Морфологические и физико-механические особенности анизотропных материалов
- Аналитические исследования процесса предуплотнения шихты
- Разработка пресс-валкового агрегата для измельчения анизотропных материалов
- Многофакторное планирование эксперимента при измельчении анизотропных материалов в пресс-валковом агрегате
Введение к работе
Современная строительная индустрия базируется на переработке огромного количества нерудных материалов с различным минералогическим составом и физико-механическими свойствами (глин, песков, известняков, гранитов, базальтов и др.). При этом поиск, разведка, добыча нерудных материалов, а также их переработка сопровождаются значительными материальными и энергетическими затратами.
В то же время добыча рудных и нерудных полезных ископаемых ежегодно сопровождается с отправкой в отвал десятков миллиардов тонн горных пород, которые по своему минералогическому составу вполне могут быть использованы при производстве широкой гаммы строительных материалов. Вскрышные породы отличаются от традиционного сырья стройиндустрии своим геологическим происхождением, минералогическим составом, текстурой и физико-механическими свойствами.
Особое место среди вскрышных пород занимают анизотропные материалы, характеризующиеся различными физико-механическими параметрами среды (пределом прочности при сжатии, растяжении, изгибе, модулем Юнга, сдвига, коэффициентом Пуассона, диэлектрической, магнитной проницаемостью и др.) [1-5]. Только на месторождениях КМА их объём составляет около 1 млрд. м .
Большинство железорудных месторождений, добыча полезных ископаемых на которых осуществляется открытым способом, содержат отвалы из вскрышных пород, загрязняющих окружающую среду, выводящих из сельхозоборота плодородные почвы и требующих значительные материальные затраты на их содержание.
Так, Центрально-черноземный экономический район, на территории которого находятся огромные месторождения КМА, не содержит месторождений изотропного минерального сырья: гранитов, базальтов, известняков, песчаников и др., широко используемых в промышленности строительных материалов, капитальном и дорожном строительстве. Это, в свою очередь, вызывает
необходимость привоза минерального сырья из соседних стран СНГ (Украины, Беларуси и др.) автомобильными железнодорожным транспортом, покрывая расстояние 500 — 1000 км и более, что существенно удорожает себестоимость выпускаемой продукции.
В этой связи проблема комплексной переработки анизотропных материалов, входящих в вскрышные породы рудных месторождений, является весьма актуальной.
Решением данной проблемы занимались видные отечественные и зарубежные учёные: Рыбьев И.А., Боженов П.И., Нискевич М.Л., Зощук Н.И., Гридчин A.M., Лесовик B.C., Мининг С.Э., Редькин Г.М., Казикаев Д.Н., Рац М.В., Лехницкий СТ., и др. [1 - 17].
Разработанные ими технологии и технические средства учитывают специфические особенности анизотропных материалов для организации выпуска широкой гаммы строительных материалов и изделий.
Всё возрастающий рост строительной индустрии в условиях рыночной экономики создаёт необходимые условия для развития новых областей использования и технологий производства современных строительных изделий из анизотропных материалов: строительства автомобильных дорог, специальных покрытий, кремнеземистых наполнителей, изготовления кровельных и облицовочных материалов, теплоизоляционных и лакокрасочных материалов и
др.
Это, в свою очередь, предъявляет дополнительные требования к условиям измельчения анизотропных материалов, их физико-механическим характеристикам, а, следовательно, к конструкторско-технологическим параметрам дробильно-помольного оборудования. В связи с развитием современных технологий появляется необходимость создания новых измельчителей для грубого и тонкого измельчения анизотропных материалов, широко используемых при производстве различных строительных материалов и изделий.
Цель работы. Разработка рациональной конструкции и методики расчета кинематических, конструктивно-технологических и энергосиловых параметров пресс-валкового агрегата с эксцентрично установленными валками, обеспечивающей снижение энергозатрат при измельчении анизотропных материалов.
Методы исследований. В диссертационной работе использовались ГОСТированные технические средства и оборудование, а также созданные на их базе стендовые экспериментальные и опытно-промышленные установки.
Экспериментальные исследования проводились с использованием методов физического и математического моделирования технологических процессов. Использовались общепризнанные методики исследований процесса измельчения материалов с различными физико-механическими характеристиками, ГОСТированные технические средства контроля измеряемых параметров, а также лицензированное программное обеспечение ПЭВМ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
в получении аналитических зависимостей, описывающих условия истечения и питания пресс-валкового агрегата анизотропными материалами; основных закономерностей их предуплотнения;
в разработке математической модели процесса разрушения анизотропных материалов, позволяющей прогнозировать качественные характеристики измельчаемых частиц;
в исследовании кинематических параметров рабочих органов ПВА при раздавливающе-сдвиговом деформировании шихты;
в разработке методики расчёта основных конструктивно-технологических и энергосиловых параметров ПВА при измельчении анизотропных материалов;
в проведении регрессионного анализа основных закономерностей процесса измельчения анизотропных материалов с различными физико-механическими характеристиками и их раздавливающе-сдвиговом деформировании в ПВА.
Практическая ценность работы заключается в разработке патентно-защищенной конструкции ПВА, получении результатов опытно-промышленных испытаний агрегатов при измельчении анизотропных материалов с различными физико-механическими характеристиками, разработке инженерной методики расчета конструктивно-технологических и энергосиловых параметров агрегата, а также в подтверждении результатов научно-технических разработок в производственных условиях.
Реализация работы. С использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований разработан пресс-валковый агрегат с эксцентрично установленными валками, кинематически связанными с ними устройствами для питания шихты и дезагломерации спрессованного анизотропного материала. Проведены опытно-промышленные испытания разработанных пресс-валковых агрегатов для измельчения анизотропных материалов: кварцитопесчанника полосчатого и метаморфических сланцев, а также комовой извести (ООО «РЕЦИКЛ», ООО «Стройматериалы» (после реструктуризации - ОАО «КСМ»)).
Использование разработанных конструкций пресс-валковых агрегатов позволило при измельчении анизотропных материалов уменьшить удельные энергозатраты на 11,3 % и повысить марочность силикатных изделий при введении (до 15 %) измельченных метаморфических сланцев.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных научно-технических конференциях и студенческих форумах, проводимых в БГТУ им. В.Г.Шухова в 2005-2008 гг., областных конкурсах научных работ «Молодежь Белгородской области» г.Белгород, 2008г.; Международной конференции «Сотрудничество» для решения проблемы отходов, 2005 г. (г.Харьков).
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций по работе. Общий объём работы - 188 страниц; в том числе 171 страница основной части, 40 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 190 наименований и приложения на 17 страницах.
9 На защиту выносятся следующие основные положения работы:
Результаты аналитических исследований, описывающих условия истечения и питания пресс-валкового агрегата анизотропными материалами, основные закономерности их предуплотнения.
Математическую модель процесса разрушения анизотропных материалов, позволяющую прогнозировать качественные характеристики измельчаемых материалов.
Результаты аналитических исследований, описывающих кинематические параметры рабочих органов ПВА при раздавливающе-сдвиговом деформировании шихты.
Конструктивно-технологические решения пресс-валкового агрегата, учитывающие специфические условия измельчения анизотропных материалов и условия их дезагломерации.
Инженерную методику расчёта основных конструктивно-технологических и энергосиловых параметров ПВА.
Результаты экспериментальных исследований по измельчению анизотропных материалов с различными физико-механическими характеристиками и основные закономерности процесса измельчения.
Конструкторско-технологические решения по повышению эксплуатационной надёжности и износостойкости рабочих органов ПВА.
Морфологические и физико-механические особенности анизотропных материалов
Горные породы в зависимости от условий их образования подразделяются на магматические (вулканического происхождения), осадочные и метаморфические. Большинство горных пород, независимо от условий происхождения, анизотропны. Однако степень анизотропии у горных пород различна. Однородно-анизотропные породы имеют в заданных направлениях статистические устойчивые значения физико-математических характеристик, а квазиизотропные - имеют в различных направлениях колеблющиеся характеристики свойств [2, 13, 55].
Анизотропия горных пород определяется микроскопичностью, полосчатостью, ориентацией кристаллов и зёрен, а также микротрещиноватостью. К числу магматических пород относятся: граниты, сиениты, диориты, пироксениты и горнблендиты.
Граниты — горные породы, состоящие из кварца и полевого шпата, с содержанием кремнезёма 63 - 65 % и цветных минералов (до 10 - 15 %). Содержание гранитов в земной коре составляет не менее 20 %. Внешний вид минералов — от светлоокрашенной породы красного, розового, бурого, желтого, светло-серого или серовато-белого цвета и тонкокристаллической структуры.
Сиениты — глубинные зернистые полнокристаллические ортоклазовые породы с основным содержанием полевого шпата. В виду большого содержания темноцветных минералов сиениты имеют тёмную окраску [2]. Зёрна полевого шпата имеют удлинённую текстуру (15 - 20 см в длину) и расположены субпараллельно. Широко распространены на Урале, Украине, Сахалине, Кольском полуострове, Закавказье и в Восточной Сибири.
Диорит — горная порода, состоящая из цветных минералов (15 — 30 %) и кварца (15 %). Порода имеет средне- и мелкозернистую текстуру пёстрого и тёмного, иногда — беловато-серого цвета. Диориты очень широко распространены, но не содержат крупной концентрации в одном географическом месте. Пироксенит - горная порода, сложенная монокристаллами пироксенов средней или крупной зернистости удлиненной формы, которая определяет анизотропию минерала.
Горнблендиты - глубинная кристаллическая роговообманковая порода магматического происхождения, состоящая, в основном, из роговой обманки с текстурой предыдущего минерала.
Осадочные породы занимают около 75 % земной поверхности и представлены, в основном, глинистыми сланцами, песчанниками и известняками. Их образование обусловлено гравитационными силами, ветровым воздействием, воздействием воды и льда с последующими отложениями.
Характерной особенностью глинистых сланцев является чётко выраженная слоистость в пределах 0,1 - 0,5 мм. Поверхности раздела слоев образуют плоскости отдельности, выраженные тонкой трещиноватостью. Промежуточным типом пород между глинистыми и карбонатными являются известково-глинистые сланцы, состоящие из тонкозернистого материала, по составу и величине частиц отвечающего глинам с подчинённым количеством карбонатов.
К группе органогенных карбонатных пород [2, 56, 57], относятся осадочные породы, образующиеся в результате жизнедеятельности объектов органического мира. Они состоят из окаменевших остатков микроорганизмов и растений. Величина анизотропии органогенных карбонатных пород определяется природой остатков организмов, их расположением, биохимической или химической структурой их связующего.
Представителями данной группы анизотропных материалов являются известняки органогенные, отличающиеся величиной плотности тонкозернистых пород. Текстурно-структурные особенности известняков разнообразны и определяются наличием или отсутствием остатков микроорганизмов и степенью уплотнения цементирующего материала.
Кварцевый песчаник состоит преимущественно из обломков кварца полуокругловатой или округлой формы с размером зёрен 0,1 - 2 мм, сцементированных кремнеземистым, известковым, железистым или другим цементирующим веществом. Различают крупно (0,5 - 2 мм), средне (0,25 - 0,5 мм) и тонкозернистые (0,1 - 0,25 мм) песчаники. Они имеют горизонтальную или косую слоистость с нечетким выражением анизотропии (квазиинтропия).
Кварцитовидный песчаник - кварцевый песчаник с нормальной или угловатой формой зёрен, сцементированных вторичным кварцем.
Характерной особенностью породы является одновременное присутствие кварцевых зёрен и кварцевого цемента, гранулометрия которых определяет анизотропию материала.
Метаморфические породы образуются за счёт преобразования магматических и осадочных пород при повышенных температурах и давлении, в то время как магматические породы образуются из расплавленных масс при низких температурах, а осадочные - из готовых пород при нормальной температуре.
К метаморфическим породам относятся: метаморфические сланцы, гнейсы, мигматиты и др., отличительной особенностью которых является слоистость, полосчатость, сланцеватость, т.е. выраженная анизотропия текстуры. Известно большое количество разновидностей метаморфических сланцев (моно или полиминеральные), сформированных одним из минералов: хлоритом, актинолитом, роговой обманкой, мусковитом или тальком.
Приведенный нами краткий анализ существующих анизотропных пород далеко не охватывает всё многообразие анизотропных пород, но, в то же время, свидетельствует о различной природе их происхождения, многообразии минералогического состава и физико-механических свойств.
Аналитические исследования процесса предуплотнения шихты
Проведенный нами анализ условий истечения шихты и ее прессование в пресс-валковых агрегатах [4-11] свидетельствует о целесообразности использования устройств валкового типа, которые обеспечивают равномерное распределение слоя шихты по ширине рабочих органов ПВА и эффективное предуплотнение слоя материала, в том числе анизотропных материалов лещаднои формы.
Таким образом, проведенные нами теоретические исследования позволили установить аналитическое выражение для расчета максимального усилия предуплотнения шихты со стороны уплотняющих валков. Ввиду возможных колебаний сопротивления со стороны уплотняемой шихты, уплотняющие валки целесообразно оснащать амортизационными устройствами.
Процесс разрушения анизотропных материалов имеет специфические особенности, которые необходимо учитывать для получения измельченного продукта рациональной (кубовидной) формы, снижения энергозатрат, а также при конструктивно-технологическом совершенствовании дробильно-помольного оборудования.
К числу специфических особенностей анизотропных материалов следует отнести [15-19]: меньшие (в 1,5-3 раза) прочностные характеристики измельчаемых материалов в направлении их сланцеватости (трещины) по сравнению с перпендикулярным приложением разрушающей нагрузки относительно плоскостей сланцеватости; неравномерности скоростей распространения упругих волн, водогазопроницаемости и др. показателей в указанных направлениях при разрушении материалов; увеличение частиц лещадной форме с уменьшением размера частиц; наличие пропорциональной зависимости выхода зерен лещадной формы от коэффициента анизотропии и др.
В этой связи весьма важным направлением является поиск теоретических закономерностей и разработка конструктивно-технологических решений по установлению наиболее рациональных условий разрушения анизотропных материалов. Проведенные нами теоретические исследования и их экспериментальные подтверждения [5, 141] позволили разработать математическую модель, прогнозирующую выход и погрешность выхода зерен лещадной формы.
Данная математическая модель может быть использована при разработке различного дробильно-помольного оборудования, используемого для переработки анизотропных материалов.
Модель учитывает природные ([Яп], [Я±], [ 7И], [а±]) и управляемые факторы - параметры а и N, и позволяет прогнозировать выход (МП) и погрешность выхода (Mcr ) зерен лещадной формы, как существующих технологий дробления, так и новых технических решений.
Математическая модель апробирована при разработке и проектировании пресс-валковых агрегатов (ПВА) различного конструктивно-технологического исполнения (рис.2.3), используемых при измельчении анизотропных материалов с пределом прочности на сжатие cr0/c=80-150 МПа и более [74,89,90].
Проведенный анализ результатов экспериментальных исследований ПВА и их эксплуатационных характеристик показал, что к числу основных конструктивно-технологических решений, влияющих на качество продукции, полученной из измельченных анизотропных материалов, являются: - разработка технических решений для равномерного питания материалов из бункерных устройств и их распределения по ширине валков; - обеспечение надежного захвата анизотропных материалов неправильной формы рабочими поверхностями валков; - снижение «подпрессовки» предварительно разрушенного слоя материалов; - разработка рационального геометрического профиля валков и их рабочих поверхностей с обеспечением условий для заданного направления силовой нагрузки; - эффективная дезагломерация спрессованных пластин из измельченных материалов; - обеспечение промежуточной классификации измельченного продукта; - снижение максимальных силовых нагрузок за счет использования меньших их значений при многократном силовом воздействии на измельчаемые анизотропные материалы (внешний рецикл); - повышение эксплуатационной надежности агрегата и износостойкости его рабочих органов.
Некоторые из указанных направлений конструктивно-технологического совершенствования ПВА реализованы в агрегатах, представленных на рис.2.3.
Так, равномерное распределение слоя измельчаемых материалов по ширине валков может быть достигнуто при использовании распределительных валков (рис.2.3а). Снижение «подпрессовки» материалов и обеспечение заданного направления силового воздействия - под углом, большим критического угла (рис.2.3б). Критический угол - угол, образованный между плоскостью сланцеватости породы и плоскостью действия разрушающей нагрузки. В этом случае образование кубовидных зерен измельченного материала максимально.
Кроме того, при использовании наплавленной сетчатой поверхности валков (рис.2.3б) обеспечивается их «самофутеровка», а раздавливающее-сдвиговое деформирование анизотропного материала реализуется в слое.
Эффективная дезагломерация измельченного и спрессованного в пластины материала достигается в эксцентрично установленных валках с вибрационным дезагломерационным устройством (рис.2.3г). В данной конструкции ПВА реализуются вышеуказанные преимущества: равномерное распределение материала по ширине валков, рациональное направление силового воздействия при раздавливающее-сдвиговом деформировании материала, «самофутеровка» валков и др.
Разработка пресс-валкового агрегата для измельчения анизотропных материалов
Для проведения экспериментальных исследований по изучению процесса измельчения анизотропных материалов нами был разработан и защищен патентом [139] пресс-валковый агрегат с эксцентрично установленными валками (Рис.3.2) Рисунок 3.2. Схема пресс-валкового агрегата для измельчения анизотропных материалов. Пресс-валковый агрегат содержит эксцентрично установленные валки 1 (рис.3.2), над которыми в верхней части расположен загрузочный бункер с подвижными щеками 2, соприкасающийся с эксцентричными валками с помощью валиков 3. В нижней части валков установлено дезагломерационное вибрационное устройство 8 и окаймляющие по наружной части валков рольганги 9. Над эксцентричными валками в их центральной части установлено загрузочное устройство 5, состоящее из двух кинематически связанных между собой щек 4 и подпружиненных прорезиненных роликов 6, образующих замкнутый треугольный контур. Зазор между подпружиненными роликами, соприкасающимися с рабочими поверхностями эксцентричных валков 1, составленными из подвижных сегментов 7 с елочнообразными выступами (направленными в сторону движения материала), должен быть не меньше Н = Rq, (1- cos а)+де (где 8в- угол захвата валков, RcP - средний текущий радиус валков, а - зазор между валками). В нижней части межвалкового пространства установлено дезагломерирующее вибрационное устройство 8, соединенное по наружной поверхности с огибающими валки дугообразными пластинами, имеющими храповидные выступы. Во внутренней полости эксцентричных валков с обеих сторон установлены закрепленные на раме пресс-валкового агрегата вибраторы 11с направленными колебаниями. Вибраторы соприкасаются с бандажами 12 (рис.3.2., разрез А-А) и подвижными сегментами валков, соответственно, с помощью прорезиненных прокладок 13 и крепежных элементов 14. Рольганги состоят из роликов 9; установленных с возможностью изменения зазора между ними, величина которого находится в пределах бр = (0,02-0,05)dp, (где dp - диаметр роликов рольганга) и образующие с валками по ходу движения материала сужающийся канал.
Конструкция ПВА - предусматривает (в зависимости от физико-механических свойств измельчаемых материалов — степени спрессованности пластин, а, следовательно, величины дезагломерирующего воздействия) использование вибрационного устройства, установленного в межвалковое пространство, так и вибрационных устройств, установленных во внутренней полости валков.
Подпружиненные прорезиненные ролики загрузочного устройства смещены в сторону загрузки материала, относительно вертикальных осей эксцентричных валков, на угол гр =30-40, а вибраторы с направленными колебаниями, расположены по линиям, проходящим через центры вращения валков, а угол их смещения относительно горизонтали составляет Y=40-50.
Пресс-валковый агрегат для измельчения анизотропных материалов работает следующим образом. Материал, например, кварцитопесчанник полосчатый, органогенный известняк, базальтовые отходы, сланцы трещиноватые, шлаковые отходы и др., подается в загрузочный бункер, расположенный над эксцентрично установленными валками 1 (рис.3.2), имеющий подвижные щеки 2. Последние взаимодействуют с валками с помощью валиков 3. Материал из бункера попадает в межвалковое пространство между эксцентрично установленными валками 1 и подпружиненными прорезиненными роликами загрузочного устройства 6. Захватывается ими, уплотняется и, равномерно распределяясь по ширине валков, направляется в межвалковое пространство.
Подпружиненные прорезиненные ролики загрузочного устройства смещены в сторону загрузки материала относительно вертикальных осей эксцентричных валков на угол ip =30-40. При меньших значениях угла гр 30 выгрузочное отверстие бункера недостаточно для равномерного питания валков шихтой и ухудшаются условия захвата материала уплотнительными роликами загрузочного устройства. При ift 40 уменьшается угол подачи измельчаемого материала и условия его захвата валками.
Для исключения нарушения заданного значения кфр и соприкосновения валков между собой (при Rm = RB2, кфр = 1) вращения валков должны быть синхронизированы. При этом условии также соблюдается условие постоянства зазора между валками, 6B=const. Величина зазора между валками не должна превышать величину эксцентриситета валков 6в=е.
В эксцентриковых валках реализован принцип «самофутеровки» при помощи елочнообразных выступов подвижных сегментов 7, которые обеспечивают надежный захват шихты и ее доставку в зону измельчения. Наличие елочнообразных выступов, направленных в сторону движения валков, позволяет также осуществлять перемещения слоев материала относительно друг друга от центра к краям как в момент захвата ,так и на протяжении деформации и измельчения слоя шихты. Это способствует не только более равномерному распределению шихты по ширине валков, но и повышению степени ее измельчения.
Кроме того, наличие ромбовидных ячеек, образованных елочнообразными выступами и утопленными рифлями (боковыми сторонами ромба), создает «замкнутые» ромбовидные ячейки, что обеспечивает «самофутеровку» рабочей поверхности сегментов от интенсивного износа.
Измельченный материал выходит из межвалкового пространства в виде спрессованных пластин, которые равномерно распределяются на левую и правую рольгангавую ветви 9, за счет эксцентриситета валков. Материал, попадая в зону между дугообразными пластинами с храповидными выступами дезагломерационного устройства 8 и подвижными сегментами валков 1, дезагломерируется и просыпается между роликами рольганговых ветвей 9. Пластины спрессованного материала, которые не разрушились под воздействием дугообразных пластин с храповидными выступами и подвижных сегментов, направляются в пространство между эксцентричными валками и роликами 9. При этом за счет различных диаметров валков и валиков рольганга реализуются сдвиговые деформации слоя предварительного дезагломерированного материала. Окончательно дезагломерированный материал классифицируется через зазоры валиков рольганга.
Для обеспечения многократного силового воздействия валков (внешнего рецикла измельчаемого материала) на анизотропный материал при меньших усилиях, что является более эффективным технологическим приемом разрушения частиц с их микродефектной-структурой по сравнению с увеличением силового воздействия (до Р„зм=100 МПа и более), зазор между роликами рольганга должен быть минимален и соответствовать размеру частиц готового продукта.
После дезагломерации спрессованной пластины частицы недоизмельченного материала, не прошедшие через рольганги, увлекаются эксцентричными валками 1 в сторону загрузочного устройства. За счет возникающих сил трения и сужающегося по ходу движения материала зазора между эксцентричным валком и рольгангом недоизмельченньш материал перемещается вдоль поверхности валков и повторно направляется в межвалковое пространство. Прорезиненные валики 3, соприкасаясь через слой материала с рабочей поверхностью эксцентричных валков 1, вращаются, обеспечивая при этом подачу недоизмельченного материала на повторное измельчение. За счет эксцентриситета валков 1, шарнирно установленные щеки 2 совершают колебательные движения, которые способствуют равномерному истечению шихты и ее равномерному распределению по ширине валков.
Многофакторное планирование эксперимента при измельчении анизотропных материалов в пресс-валковом агрегате
Представленные выше результаты изучения общих закономерностей процесса измельчения анизотропных материалов в пресс-матрице свидетельствуют о целесообразности реализации в ПВА раздавливающе-сдвигового деформирования: фрикционного воздействия на частицы между эксцентриситета валков «е»; сдвигового деформирования частиц вдоль образующих валков за счёт наличия на их поверхностях ёлочнообразных выступов —Ксдв_дсф.; скоростного воздействия при разрушении частиц - Vcp, а также возможности варьирования при разрушении частиц силового воздействия, определяемой величиной зазора между валками 8.
Анализ полученных уравнений регрессии показывает, что на процесс измельчения анизотропных материалов, варьируемые параметры оказывают различное влияние. Так, на степень измельченности доминирующее значение оказывают: для органогенного известняка - коэффициент фрикции К(р1К, т.е. величина эксцентриситета е и коэффициент сдвигового деформирования Ксдвдг(р, материала ёлочкообразными выступами вдоль образующих поверхностей валков; для трещиноватого сланца - Ксдв.деф.
Меньшее влияние значения КфР_ обусловлено слоистой структурой сланца, а, следовательно, меньшей его сыпучестью по сравнению с известняком округленной формы. Наличие эксцентриситета у валков, хотя и обеспечивает фрикционное воздействие на измельченный материал, но для мало сыпучих материалов это влияние на выходной параметр Т)изм менее значимо. Отсутствие существенного влияния зазора между валками на степень измельченности исследуемых материалов обусловлено, как показали полученные ранее экспериментальные данные, стабильными значениями г]изи при высоких значениях давления измельчения (на участках насыщения кривых fjU3M = f(P).
Влияние варьируемых параметров на выходные значения О и Рпотр_ несколько иное. Так, наибольшее влияние на показатели О и Рпотр, для известняка и сланца оказывает скорость вращения валков, что очевидно при незначительном диапазоне варьирования зазора между валками, т.е. стабильных значениях давления измельчения.
Как и в предыдущем случае {г]шли= /{Кфр,у,Ксдвдеф,8)\ форма зерен, определяющаяся сыпучесть материалов, также оказывает влияние на значения потребляемой мощности привода Рпотр.. Для более сыпучего материала -известняка органогенного, имеющего меньший угол естественного откоса, влияние значений «е» (Кфр) на потребляемую мощность Рпотр_ более ощутимо, чем для менее сыпучего лещадного сланца.
Отсюда следует вывод о большей целесообразности равномерного дозирования малосыпучих материалов распределительными валками в ПВА.
Влияние параметров Кфр и_Ксдлдеф. на показатель Опривед примерно одинаково, что свидетельствует о положительном влиянии данных параметров на пропускную способность ПВА при получении качественного (тонкоизмельченного) продукта. Для более слоистой структуры сланца эффект сдвигового деформирования, как это уже было указано ранее, более ощутим, чем для известняка.
При реализации сдвигового деформирования анизотропных материалов за счёт использования эксцентрично установленных валков и наклонных рифлей на их рабочей поверхности увеличение зазора между валками приводит к снижению значений приведенной производительности (по тонкоизмельченному продукту).
Как показали проведенные нами теоретические исследования, а также практика измельчения анизотропных материалов в дробильно-помольном оборудовании различного типа для снижения энергозатрат на процесс разрушения лещадных зёрен [64..68] целесообразно обеспечивать приложение силовой нагрузки под углом, большим критического угла, т.е. угла, не превышающего 45С к вертикали. В ПВА это возможно за счёт использования эксцентрично установленных цилиндрических валков, обеспечивающих фрикционное воздействие на материал, и строгой синхронизации их вращения.
Кроме того, использование данного конструктивно-технологического решения улучшает условия захвата и подачи малосыпучего материала лещадной формы в зону его разрушения.
Для тонкого измельчения анизотропных материалов (например, кварцитопесчанника полосчатого), используемого для получения различных композиционных смесей, важное значение имеют не только конструктивно-технологические параметры ПВА, но и режимы его работы. К технологическим параметрам, влияющим на эффективность процесса измельчения кварцитопесчанника в ПВА разработанной конструкции, как показали поисковые исследования, следует отнести: Количество отсепарированного продукта,, прошедшего через сито 006 (размер частиц менее 60 мкм, прошедших через сито с числом ячеек на 1см2 сетки 103 штук), Спр т,%; кратность циркуляционного измельчения, ZpH, раз; скорости приложения силовой нагрузки, V ,м/с. В качестве выходных параметров оптимизации были приняты качественные и количественные характеристики, определяющие процесс измельченбия кварцитопесчанника в ПВА: удельная поверхность готового продукта S,M2/кг, приведенная производительность Olipue(npu R006=0%),K2/4, потребляемая мощность привода, Рпотрш,ет и удельный расход электроэнергии Эуд ,ет-ч/кг. В результате проведенных поисковых экспериментов были определены уровни варьирования исследуемых параметров, таблица 3.
