Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса, цель и задачи исследований 9
1.1. Современное состояние измельчительного оборудования 9
1.2. Современные тенденции развития оборудования для измельчения 11
1.3. Новый способ измельчения 12
1.4. Анализ результатов предварительных испытаний центробежных мельниц диаметром ротора 1м 14
1.5. Анализ результатов испытаний мельницы МАЯ-К10 на различных материалах: 22
1.6. Методы моделирования мельниц 36
1.7. Выбор направления и задачи исследований 40
Выводы 40
2. Теоретические исследования центробежной мельницы 42
2.1. Задачи теоретических исследований 42
2.2. Исследование эффективности работы выпускных поверхностей в роторе мельницы 43
2.3. Определение области рационального использования центробежных мельниц вертикального типа 54
2.3.1. Определение скорости удара частиц измельчаемого материала в полостях ротора центробежной мельницы 56
2.3.2. Определение максимального размера питания центробежной мельницы 58
Выводы 65
3. Экспериментальные исследования центробежной мельницы 66
3.1. Задачи исследований 66
3.2. Исследования характера движения измельчаемого материала в роторе мельницы 66
3.3. Разработка мероприятий по своевременной эвакуации измельченного продукта из мельницы 78
3.4. Определение скорости удара измельчаемого материала в полости ротора модели мельницы 87
Выводы 90
4. Испытания центробежной мельницы при размоле агломерата и разработка технологии измельчения материалов 91
4.1. Задачи исследований 91
4.2. Испытания центробежной мельницы вертикального типа МВ-0,46 91
4.3. Реализация рекомендаций диссертационной работы 96
4.4. Технология измельчения материалов с применением центробежной мельницы вертикального типа 98
Выводы 100
Заключение 101
Список использованных источников 104
Приложения 116
- Современные тенденции развития оборудования для измельчения
- Исследование эффективности работы выпускных поверхностей в роторе мельницы
- Исследования характера движения измельчаемого материала в роторе мельницы
- Испытания центробежной мельницы вертикального типа МВ-0,46
Введение к работе
Актуальность проблемы. Для России важной государственной проблемой является снижение энергозатрат во всех уровнях производства и, в первую очередь, в такой как переработка и обогащение руд, при этом наиболее трудоемким и энергоемким процессом в технологии обогащения является измельчение руды, на долю которых приходится около 64 % энергозатрат. Поэтому актуальной и перспективной является концепция снижения энергозатрат.
Применяемые в настоящее время измельчительные машины, среди которых наибольшее распространение получили барабанные мельницы, имеют низкий коэффициент полезного действия, громоздки, характеризуются низкой удельной производительностью, значительным расходом стали на мелющие тела и футеровку, высоким уровнем шума, высокой энергоемкостью процесса измельчения.
Наиболее перспективными аппаратами нового типа, способными эффективно осуществлять операции измельчения при высоких технологических показателях, являются центробежные мельницы вертикального типа, в которых измельчаемый материал сформирован в виде цилиндрического столба, нижнюю часть которого вращают при помощи ротора, представляющего собой перевернутый полый усеченный конус с перегородками. Проведенные испытания этих мельниц при размоле различных материалов показали высокую эффективность в работе, но до настоящего времени остаются нерешенными вопросы своевременной эвакуации кондиционного продукта из рабочего пространства мельницы, а также не определена область их рационального использования, что снижает эксплуатационные показатели отделений измельчения.
Учитывая вышеизложенное, разработка научно-обоснованных решений указанных задач при проектировании центробежных мельниц вертикального типа повысит эффективность процесса измельчения материалов.
Цель работы: повышение эффективности процесса измельчения на базе
аналитических и экспериментальных исследований центробежных мельниц вертикального типа, предназначенных для переработки минерального сырья.
Идея работы: интенсификация процессов измельчения минерального сырья путем повышения эффективности центробежной мельницы вертикального типа на основе разработки мероприятий для снижения переизмельчения готового продукта и определения области рационального использования этих мельниц.
Методы исследований. В работе применен комплексный метод исследований: критическое обобщение опыта на основе анализа литературных и патентных источников, теоретические исследования с использованием теории механики движения тел, лабораторные эксперименты, методы планирования экспериментов, статистические методы исследований с обработкой результатов на ЭВМ.
Научные положения, защищаемые в работе:
Глубина проникновения частицы измельчаемого материала в полость ротора определяется скоростью вращения и геометрическими параметрами ротора, физико-механическими свойствами материала, она прямо пропорциональна длине дуги окружности между соседними ребрами ротора за вычетом среднего диаметра частиц измельчаемого материала, толщин ребра и материала, сформированного перед рабочей поверхностью ребра ротора, и обратно пропорциональна произведению разности угловых скоростей ротора и измельчаемого материала на текущий радиус.
Площадь заполнения просеивающих поверхностей ротора центробежной мельницы вертикального типа зависит от высоты столба материала в корпусе мельницы, частоты вращения ротора и величины вырезов в радиальных ребрах в зоне у ступицы ротора мельницы, причем площадь заполнения решеток измельчаемым материалом увеличивается с увеличением высоты столба материала и глубины выреза в ребрах ротора, а уменьшается с увеличением частоты вращения ротора.
Для конкретных условий центробежной мельницы вертикального типа определена и экспериментально подтверждена скорость взаимного соударе-
ния частиц, опускающихся в полость ротора, с частицами, находящимися перед рабочей поверхностью ребра ротора, при этом скорость удара пропорциональна разности длины дуги окружности между соседними ребрами ротора за вычетом половины среднего диаметра частиц, толщины материала, сформированного перед рабочей поверхностью ребра ротора, и обратно пропорциональна глубине проникновения частиц измельчаемого материала в полость ротора.
Научная новизна:
Глубина проникновения частицы измельчаемого материала в полость ротора определена с учетом скорости вращения ротора, количества ребер, их толщины и толщины материала, сформированного перед рабочей поверхностью ребра ротора, в его донной части.
Площадь заполнения просеивающих поверхностей ротора центробежной мельницы вертикального типа определена с учетом высоты столба измельчаемого материала в корпусе мельницы, частоты вращения ротора и величины вырезов в радиальных ребрах в зоне у ступицы ротора мельницы.
Скорость взаимного соударения частиц, опускающихся в полость ротора, с частицами, находящимися перед рабочей поверхностью ребра ротора, для конкретных условий работы центробежной мельницы вертикального типа определена с учетом длины дуги окружности между соседними ребрами ротора, среднего диаметра частиц, толщины материала, сформированного перед рабочей поверхностью ребра ротора, и глубины проникновения частиц измельчаемого материала в полость ротора.
Научное значение работы:
Установленная глубина проникновения частицы измельчаемого материала в полость ротора позволила определить конфигурацию вырезов в его ребрах, что привело к снижению переизмельчения материала, а это, в свою очередь, позволяет увеличить количество материала, эффективно участвующего в последующем процессе флотационного обогащения.
Установленная зависимость площади заполнения просеивающих поверхностей ротора центробежной мельницы вертикального типа от высоты
столба измельчаемого материала в корпусе мельницы, частоты вращения ротора и величины вырезов в радиальных ребрах в зоне у ступицы ротора мельницы, позволяет регулировать гранулометрический состав конечного продукта.
3. Определение скорости взаимного соударения частиц измельчаемого материала в полостях ротора и их максимального размера, с учетом объемного веса и предела прочности исходного материала, позволили установить область рационального использования центробежных мельниц вертикального типа.
Практическое значение работы:
определена область рационального использования центробежных мельниц вертикального типа (руды крепостью до 12 по Протодьяконову);
установлены зависимости для определения максимального размера питания центробежной мельницы вертикального типа;
определено оптимальное количество радиальных ребер ротора центробежной мельницы;
разработаны мероприятия по эффективной эвакуации готового продукта из рабочего пространства центробежной мельницы.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных условиях, использованием современных методик и измерительной аппаратуры, внедрением результатов исследований и новых научно-технических разработок в производство, актом внедрения.
Реализация выводов и рекомендаций. Основные рекомендации по повышению эффективности процесса измельчения материалов в центробежной мельнице вертикального типа, методика определения характера движения материала в полости ротора центробежной мельницы вертикального типа, а также рекомендации по своевременной эвакуации готового продукта приняты в 2004 г. к использованию ОАО «Кавказцветметпроект» при разработке новой технологической линии размола сырьевых материалов для получения порошковых продуктов с применением этих мельниц.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научном симпозиуме «Неделя горняка-2003», г.Москва, 2003 г.; на Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р.Кубачека» - Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности, г.Екатеринбург, 2002 г.; на Уральском семинаре «Механика и процессы управления», г.Екатеринбург, 2001 г.; на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 70-летию СКГТУ «Перспективы развития горнодобывающего и металлургических комплексов России», Владикавказ, 2002 г.; на заседаниях секции технологических машин и оборудования ежегодных научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ) 2002-2004 гг.; на расширенном заседании кафедры технологических машин и оборудования СКГМИ (ГТУ), 2004 г.
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 9 научных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, а также 16 приложений, изложенных на 135 страницах машинописного текста, и содержит 15 таблиц, 34 рисунка, список использованной литературы из 103 наименований.
Современные тенденции развития оборудования для измельчения
Сложившаяся ситуация вызвала в последние годы у нас и за рубежом резкую интенсификацию работ по созданию более эффективных измельчи-тельных машин. Основные факторы, которые, прежде всего, учитываются при этих разработках - необходимость интенсифицировать процесс, резко поднять производительность труда и эксплуатационную надежность, снизить расход металла, переизмельчение материала и энергозатраты на разрушение, решить проблему рационального распределения энергии на разрушение между составляющими стадиями: взрыв, дробление и измельчение [1-4].
Создание измельчителей, ввиду ряда особенностей дезинтеграции, требует специфического подхода. Во-первых, вследствие обеднения месторождений полезных ископаемых и уменьшения размеров вкраплений ценных компонентов размол очень часто необходимо производить до крупности менее 0,044 мм, во-вторых, требуется селективное воздействие на обрабатываемую среду с целью исключения переизмельчения зерен ценных минералов, в-третьих, необходимо перерабатывать огромное количество рудной массы с высокой абразивной способностью и получать при этом зерновой продукт узкого гранулометрического состава, в-четвертых, рабочие механизмы должны обеспечивать новые технологические свойства. Последнее обстоятельство вытекает из анализа тенденций развития рудоподготовки, требующей осуществления сверхтонкого размола до крупности 1-3 мкм ряда минералов и активации их путем интенсивного воздействия [9], совмещения процессов измельчения и флотации [10], а также использования твердых минеральных отходов [11].
Поиски ведутся в двух направлениях. Первое направление заключается в разработке дробильно-измельчительных машин, реализующих уже известные принципы работы, но на новой конструктивной основе. Такое направление может явиться прогрессивным в области дезинтеграции, поскольку может быть быстро внедрено в производство, т. к. технологические особенности самих способов хорошо известны.
Вторым направлением является стремление перейти к новым физическим принципам организации процесса разрушения. Все традиционные машинные способы дезинтеграции основаны на взаимодействии кусков или частиц материалов с рабочими органами машин, однако более совершенным принципом является разрушение путем взаимодействия кусков (частиц) материала друг с другом, со средой - энергоносителем или непосредственно с энергетическим полем.
Для решения этой проблемы необходимо создание и внедрение принципиально новых способов измельчения материалов на основе фундаментальных исследований, НИР и ОКР, с использованием рациональных видов сдвиговых, растягивающих и других усилий, эффекта механической активации и других видов воздействия на измельчаемый материал.
Это обстоятельство вызвало в последние годы интенсификацию работ по созданию эффективных дробильно-измельчительных машин и процессов. Проводимые исследования и опытно- конструкторские работы направлены на создание аппаратов, использующие вышеуказанные принципы разрушения. Некоторые работы проводятся уже в течение нескольких десятков лет, однако из-за ненадежности конструктивного исполнения или малой производительности аппаратов они еще не нашли пока массового использования в промышленности (мельницы Крюкова и Федорова [12]).
Определенный интерес представляют современные технические решения по обеспечению в корпусах вертикальных цилиндрических мельниц высо ких значений градиентов скоростей взаимного соударения частиц материала за счет перемещения слоев по кольцевым траекториям в горизонтальной плоскости под действием сжатия, обеспечивающегося весом столба материала в цилиндрическом корпусе и конструктивных особенностей рабочего органа, что вызывает самоизмельчение материала за счет ударных, сдвиговых и истирающих воздействий [12].
Практической реализацией этого направления в области дезинтеграции минерального сырья является способ измельчения материалов, разработанный в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете) (СКГМИ)) профессором А.В. Ягуповым [13-15]. По этому способу измельчаемый материал формируют в виде неподвижного вертикального цилиндрического столба, нижнюю часть которого вращают с окружной скоростью 10-70 м/с, давление материала на нижнюю часть столба поддерживают равным 0,05-0,15 МПа, а измельчение материала осуществляется в активной зоне за счет взаимного соударения частиц и кусков друг о друга и последующего истирания в верхних слоях столба. Вышеуказанные значения давления материала на нижнюю часть цилиндрического столба характерны для цилиндров с размерами более 2,5 метров, однако и меньшие значения давления также применимы для разработки аппаратов для измельчения.
В СКГМИ был также разработан способ измельчения материалов, согласно которому давление материала на нижнюю часть столба поддерживают равным 0,005-0,049 МПа [16]. Эти значения давления присущи значениям цилиндрического столба менее 2,5 м. Практической реализацией этого способа являются центробежные мельницы вертикального типа.
Новый процесс самоизмельчения минерального сырья многократно исследовался на центробежных мельницах, названных как мельницы МАЯ (мельница А. Ягупова) с диаметром ротора 300 и 450 мм [17-22], а также на опытно-промышленной мельнице с диаметром ротора 600 мм в условиях обогатительной фабрики Урупского ГОКа [23-25]. Измельчению подвергались различные сырьевые материалы: известняк, доломит, коксы, цементный клин
Исследование эффективности работы выпускных поверхностей в роторе мельницы
Рассмотрим несколько возможных зон (рис.2.1), откуда измельчаемый материал может попадать на просеивающие поверхности (решетки) ротора центробежной мельницы нового типа: - со стороны верхних кромок радиальных ребер (зона I); - со стороны периферийной части рабочей зоны мельницы над вращающимся ротором (зона II); - со стороны ступицы ротора (зона III). В зоне I частицы измельченного материала, находящиеся над верхними кромками радиальных ребра 2 и имеющие скорость VK, после ухода тыльного конца ребра 2 продолжают движение в полость до момента столкновения этих частиц с объемом материала, сформированного перед рабочей поверхностью следующего против вращения ребра 3 ротора. Рассмотрим схематический пример движения единичной частицы в полости ротора мельницы (рис.2.2). Предположим, что эта частица шарообразной формы диаметром dcp движется без вращения по нижним границам столба материала с окружной скоростью VK по круговым траекториям. Такое упрощение правомерно потому, что за диаметр dcp куска неправильной формы принимают его средний размер. Отклонения от среднего размера в зависимости от положения куска можно рассматривать как уменьшение или увеличение размера dcp. Но так как его любые положения в момент проникновения в полость чашеобразного ротора равновероятны, то принятое упрощение даст большее приближение к среднему результату [85]. Предположим также, что в процессе работы мельницы форма объема материала перед ребрами ротора не изменяется, а частицы измельчаемого материала, находящиеся в объеме, имеют такие же угловые скорости, как и элементы ребер. В какой-то момент времени частица 5 придет в крайнюю точку О, находящуюся над верхней кромкой радиального ребра 2, и после ухода ребра 2 и под влиянием скорости VK и силы тяжести G, полетит в пространстве между двумя соседними ребрами 1 и 2 по параболической траектории ООЇ. Условно отметим на расстоянии Щ от оси вращения ротора точку А на наклонной поверхности объема материала 3, сформированного перед рабочей поверхностью догоняющего ребра 1. На таком же расстоянии от оси вращения ротора отметим точку К на поверхности единичной частицы 5 и предположим, что в конце своего полета она столкнется с объемом 3 в точке М. Расстояние, пройденное частицей в полете по траектории КМ до момента ее столкновения с объемом материала в точке М, определится как скорость частицы по траектории КМ; h - глубина проникновения частицы в полость ротора; g - ускорение свободного падения. Путь, пройденный точкой А, находящейся на наклонной части объема 3 и на расстоянии Rx от оси вращения ротора, до момента ее столкновения с объемом 3 определится как где сор - угловая скорость движения точки А; Rx - радиус дуги, по которой перемещается точка А; t - время движения точки А по траектории AM. Разница в пройденных расстояниях точек А и К определится: (2.5) .13)
Можно таким методом получать дальнейшее уточнение решения, но при этом дальнейшее уточнение решения оказывается незначительным и можно ограничиться решением во втором приближении. Исследуем возможность попадания этих частиц на просеивающую поверхность (решетку), расположенную в пространстве между ребрами 2 и 3. В центробежной мельнице нового типа верхние границы решеток ротора расположены на радиусе 400 мм и на глубине 100 мм, а нижние - на радиусе 300 мм и на глубине 200 мм (рис.2.4, 2.5). Подставив в выражение (2.23) Ri = 0,4 м, dCp = 0,06 м, z = 6, Ab = 0,02 м, сор = 31,7 с"1, а к = 7 с\ получим значение h = 6,8 мм, т.е. частицы не успевают попасть на решетки до момента их столкновения с ребром 3, при тех же исходных данных, но при угловой скорости ротора сор = 25 с"\ /7=13 мм, что также недостаточно для попадания на решетки. Подставив в выражение (2.23) Ri = 0,3 м, dcp= 0,06 м, z = 6, Ab = 0,02 м, Op = 31,7 с"1, о)к = 7 с"1, получим значение h = 6,2 мм, т.е. частицы не успевают попасть на решетки до момента их столкновения с ребром 3, а при тех же данных, но при сор = 25 с"1, получаем /? = 12 мм, т.е. частицы также не успевают попасть на решетки.
Исследования характера движения измельчаемого материала в роторе мельницы
В разделе 2.2 аналитически было установлено, что измельченный материал из трех возможных вариантов (из периферийной зоны корпуса мельницы, перетеканием через ребра ротора и со стороны ступицы ротора) попадает на просеивающие поверхности ротора в основном со стороны ступицы ротора. Для проверки этого положения в лаборатории новой измельчительной техники СКГМИ (ГТУ) были проведены экспериментальные исследования центробежной мельницы с диаметром ротора 250 мм по определению характера движения измельчаемого материала в чашеобразном роторе мельницы.
Мельница МВ-0,25 (рис.3.1) состоит из вертикального неподвижного корпуса 1 с соосно установленным в нем валом 2, расположенным в подшипниковых опорах 3 и 4. На нижнем конце вала 2 установлен чашеобразный ро тор 5, выполненный в виде перевернутого полого усеченного конуса, во внутренней полости которого установлены радиальные вертикальные ребра 6. На верхнем конце вала 2 установлен шкив 9 клиноременной передачи, соединенный с асинхронным электродвигателем мощностью 5,5 кВт. Вокруг чашеобразного ротора расположено z-образное кольцо 7, блокирующее горизонтальный кольцевой зазор между элементами 5 и 7. К нижнему концу корпуса 1 крепится коническая воронка 8 для отвода измельченного материала. Исследования проводились по следующей методике. Измельчаемый материал был представлен дробленым гравием Ногирского месторождения (РСО - Алания) фракцией -25 + 18 мм, частота вращения ротора составляла 600 мин"1 , что соответствует частоте вращения 300 мин"1 ротора мельницы МВ-1, высота столба материала над ротором поддерживалась на уровне 150 мм (0,6 D, где D-диаметр ротора). В один из шести секторов внутренней полости чашеобразного ротора, параллельно его днищу, устанавливался образец из органического стекла толщиной 3 мм (рис.3.2). Образец опирался на деревянную шайбу таким образом, что его плоскость, обращенная в сторону рабочего пространства модели мельницы, полностью перекрывала пространство между соседними ребрами ротора и его ступицей и находилась в одной плоскости с плоскостями верхних кромок ребер. Фиксация осуществлялась винтом.
В корпус модели загружался измельчаемый материал и включался электродвигатель. По истечении 15 мин корпус модели полностью освобождался от материала, образец извлекался. Затем в это же пространство между ребрами устанавливался новый образец, плоскость которого, обращенная в сторону рабочего пространства модели, также располагалась параллельно днищу ротора, но ниже плоскости верхних кромок ребер на 5 мм.
Другая часть материала, имеющего размеры 20-25 мм, перетекает через ребро и попадает в последующую против вращения ротора полость. Материал, опускающийся в полость чаши из периферийной зоны, прилегающей к внутренним стенкам корпуса мельницы, незначительно влияет на общую картину характера движения материала в чаше: его следы заметны лишь на периферийной верхней части внутренней полости ротора, ближе к рабочей поверхности ребра.
На глубине 15 мм (рис.3.4б) картина изношенной части образцов изменилась. Как и в предыдущем случае наблюдается неизношенная часть образцов у тыльной стороны "ребра-1", а изношенная часть имеет тенденцию к увеличению в направлении периферийной части полости чаши. Более отчетливо обозначены изношенная зона у ступицы ротора и зона с незначительным износом, прилегающая к рабочей поверхности "ребра-2".
Очевидно материал, опустившийся в полость чашеобразного ротора у ступицы, удерживается у рабочей стороны ребра за счет сил трения и одновременно перемещается с незначительной скоростью к периферии чаши. Материал, опускающийся в полость ротора со стороны "ребра-1", сталкивается с частицами, расположенными перед рабочей поверхностью "ребра-2", и далее, под действием центробежной силы, перемещается по плоскости образца по направлению к периферии чаши. При достижении критических значений ударного силового взаимодействия частиц последние могут эффективно разрушаться за счет дробления и скалывания. Следов износа от материала, опускающегося в полость ротора со стороны стенки корпуса мельницы, нет.
На глубине 25 мм (рис.3.4в) неизношенная часть образцов увеличилась. Линии равного износа на изношенной части вытянутые по направлению к рабочей поверхности ребра-2, а у самого ребра наблюдается зона с незначительным износом. Вследствие малой величины износа образцов можно предположить, что на этой глубине доминирует движение частиц с относительно малыми размерами, тогда как более крупные частицы (до 25 мм) сформированы перед рабочей поверхностью "ребра-2" выше рассматриваемой плоскости и удерживаются в этой зоне за счет сил трения материала о ребро. Так как и в предыдущем случае происходит ударное силовое воздействие частиц материала, находящегося перед "ребром-2", с частицами, опускающимися в эту зону со стороны верхних кромок "ребра-1".
На глубине 30 мм (рис.3.4г) линии равного износа вытянуты от четко обозначенной зоны входа материала в полость чашеобразного ротора со стороны его ступицы по направлению к периферии чаши. На наш взгляд, опускающийся в эту зону материал, заполняет зону перед рабочей поверхностью "ребра-2", удерживается в ней за счет сил трения о ребро и контактирует с частицами, опускающимися в полость ротора со стороны верхних кромок "ребра-1". Неизношенная часть образцов стала больших размеров.
На глубине 40 мм (рис.3.4д) линии равного износа вытянуты по направлению к периферии чаши. Изношенная часть образцов имеет небольшую величину, а непосредственно у самой рабочей поверхности "ребра-2" наблюдается зона с незначительным износом. Неизношенная часть образцов приняла наибольшие размеры.
Образцы, установленные на днище ротора, оказались неизношенными, следовательно, частицы материала не достигают этой глубины при выбранных режимах работы модели центробежной мельницы.
На рис.3.5 показан фрагмент чашеобразного ротора (вид сверху) с изображенными на нем линиями, проведенными через первые точки касания материала с поверхностью образцов, установленных на разных расстояниях от плоскости вращения верхних кромок ребер по направлению к днищу ротора, а на рис.3.6 приведены траектории полета частиц в полости чаши на разных расстояниях от оси вращения ротора.
В периферийной зоне рабочего пространства мельницы и в центральной его части скорости движения частиц в нижней части столба материала явно выше, чем в зоне, расположенной на расстоянии 0,5-Я от оси вращения
Испытания центробежной мельницы вертикального типа МВ-0,46
Для проверки результатов, полученных на модели мельницы диаметром ротора 0,2 м, где измельчаемый материал моделировался гранулированным полиэтиленом, были проведены исследования мельницы МВ-0,46 с диаметром ротора 0,46 м при измельчении агломерата металлургического производства ОАО «Электроцинк» крупностью -50 мм.
Мельница МВ-0,46 (рис.4.1) состоит из корпуса 1, установленного консольно в верхней подшипниковой опоре. Чашеобразный ротор 6 закреплен в нижней части вала. Вращательный момент передается ротору от электродвигателя постоянного тока посредством клиноременной передачи 8. Чаша ротора 6 в виде усеченного конуса имеет шесть камер, разделенных радиальными ребрами. Кольцевой зазор между верхней кромкой чаши и кольцом блокирован от попадания туда измельченного материала. Корпус 2 сварной конструкции крепится к опорной металлоконструкции 3. Кольцо 5 соединяется с корпусом посредством регулировочных болтов 4. Для герметизации рабочего пространства мельницы использовано уплотнение 9.
Техническая характеристика мельницы приведена в табл.4.1. Испытания проводились по следующей методике. Частота вращения ротора составляла 300 мин"1, высота столба материала над ротором поддерживалась на высоте 350 - 400 мм, в наклонной стенке ротора устанавливались решетки с зазором 10 мм. Радиальные ребра ротора в базовом варианте были выполнены цельными, а исследуемом - с вертикальными вырезами шириной 30 мм в зоне у ступицы.Результаты испытаний приведены в табл.4.2.
Как видно из табл.4.2, выполнение вырезов в ребрах ротора уменьшает выход мелких фракций (менее 1,25 мм) в среднем на 9,5 %, что вызвано интенсификацией работы просеивающих поверхностей.
Был также проведен трехфакторный эксперимент, где варьируемыми факторами являлись частота вращения ротора (л = 210 - 300 мин"1), размер выходных отверстий решеток ротора (AL = 9-16 мм) и высота столба материала (Я = 150 - 250 мм).
Был применен метод планирования экспериментов типа 2К, где к - число факторов [91]. В качестве параметра оптимизации была принята производительность центробежной мельницы.
Интервал варьирования принимался, исходя из возможного реального предела движения материала в центробежной мельнице. После каждого эксперимента мельница полностью освобождалась от агломерата. Опыты повторялись по 3 раза.
Опыты были рандомизированы и порядок их выполнения определялся по таблице случайных чисел. Для оценки влияния указанных факторов и математического описания процесса использовалась модель, представленная в выражении (3.5).
Матрица планирования эксперимента с расчетными столбцами взаимодействия факторов аналогична матрице, представленной в табл.3.4.
Значения выбранных уровней варьируемых факторов эксперимента показаны в табл.4.3. Результаты испытаний приведены в таблице 4.4.
Среднее значение параметра оптимизации по параллельным опытам, дисперсию параллельных опытов, однородности дисперсии параллельных опытов по критерию Кохрена, дисперсию воспроизводимости, ошибку экспериментов и коэффициенты уравнения регрессии рассчитывали согласно [91].Проверку статистической значимости коэффициентов проводим с помощью f- критерия.
Все коэффициенты уравнения (3.23) кроме Ь12 и оказались статистически значимы. После исключения статистически незначимых коэффициентов уравнение примет вид: Полученное уравнение адекватно.
Анализ уравнения (3.24) показывает, что производительность центробежной мельницы с ребрами, выполненными с вырезами у ступицы, увеличивается (в среднем на 19 кг/мин), причем на ее величину в значительной степени влияет высота столба материала и размер выходных отверстий в роторе и незначительно частота вращения ротора. Это подтверждает выводы ранее проведенных исследований (раздел 3.3).
Конструктивные мероприятия по модернизации центробежной мельницы вертикального типа были положены в основу разработки конструкторской документации центробежной мельницы МВ-1 диаметром ротора 1 м [97].
Мельница (рис.4.2) состоит из вертикального цилиндрического корпуса 7 и соосно с ним расположенного вала 2, установленного в подшипниковых опорах 3 и 4. В нижней части вал 2 соединен с приводом. В верхней части вал 2 соединен с чашеобразным ротором 5, имеющем форму перевернутого полого усеченного конуса.
Чашеобразный ротор 5 разделен радиальными перегородками 6 на секции, а в каждой секции имеются просеивающие поверхности в виде сит 7, вмонтированных в наклонную стенку чашеобразного ротора 5. Радиальные перегородки 6 в чашеобразном роторе 5 выполнены с зазором 8 относительно ступицы 9 ротора 5.
В верхней своей части внешняя стенка чашеобразного ротора 5 выполнена с горизонтальным участком 11, который выполняется съемным. Внутренняя полость чаши ротора 5, над наклонной ее частью, выполнена с вертикальным участком, причем высота этого участка составляет 0,6 часть от максимального размера исходного питания мельницы.
На корпусе 1 закреплен выступ 12 с окнами 13, верхняя поверхность которого расположена под горизонтальным участком 11 ротора 5 с минимальным зазором по отношению к горизонтальному участку 11. Над кольцевым выступом 12 и концентрично корпусу 1 установлен перфорированный цилиндр 14, охватывающий в нижней своей части периферийную часть горизонтального участка 11 таким образом, что между поверхностями корпуса 1, кольцевым выступом 12 и перфорированным цилиндром 14 образованы камеры 15 для вывода готового продукта из рабочей зоны мельницы. Между перфорированным цилиндром 14 и участком 11 имеется кольцевой зазор, величина которого превышает более чем в три раза размер исходного измельчаемого материала. Сверху камера 15 закрыта кольцом 16.
К нижнему фланцу корпуса 1 крепится сборник 17, в котором имеется патрубок 78 для отвода измельченного материала из мельницы.
Сверху корпус 1 перекрыт крышкой 19, в которой имеется загрузочное отверстие 20 для присоединения воронки, через которое осуществляется непрерывное питание мельницы кусковым материалом. Чашеобразный ротор 5 крепится на валу 2 гайкой 21, которая защищена от воздействия измельчаемого материала колпаком 22.
