Повышение эффективности измельчителя руды с ротором встречного удара тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Зубов Владимир Владимирович

• Зубов Владимир Владимирович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Зубов Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. Сравнительная характеристика средств измельчения полезных ископаемых. Состояние вопроса и задачи исследований

1.1. Определение качества ископаемого методом опробования как неотъемлемая технологическая часть добычи

1.2. Сравнительная характеристика измельчающих устройств

1. 3. Современный уровень теоретических представлений о физических процессах в каналах ротора встречного удара

1.3.1. Общая характеристика состояния теории процесса измельчения ротором встречного удара

1.3.2. Ударное воздействие рабочих элементов ротора на частицу

1.3.3. Влияние воздушного потока на процесс измельчения. Стационарная

аэродинамическая обстановка

1.4. Постановка задач исследования

2. Физические процессы при измельчении материала ротором встречного удара

2.1. Обзор теоретических представлений о процессе измельчения

2.1.1. Кинематика куска материала на первой стадии измельчения

2.1.2. Кинематика частицы на первой стадии измельчения

2.1.3. Влияние силы Кориолиса на кинематику куска

2.1.4. Влияние геометрии канала на эффективность первой стадии измельчения частиц

2.1.5. Влияние геометрии канала на эффективность первой стадии измельчения кускового материала

2.2. Аэродинамика ротора встречного удара

2.2.1. Теоретическая аэродинамическая характеристика ротора

2.2.2. Оптимальные частоты вращения решеток ротора-вентилятора

2.2.3. Управление подачей ротора-вентилятора с помощью внешних

воздействий

2.3. Выводы

3. Физическое моделирование измельчителя с ротором встречного

удара

3.1. Задачи физического моделирования

3.2. Методика эксперимента

3.3. Экспериментальная установка. Средства измерения

3.4. Результаты испытаний измельчителя ИЛЭ-200-50

3.4.1. Измельчение материала ротором с радиальными каналами второго

ряда

3.4.2. Измельчение материала ротором с не радиальными каналами второго ряда

3.5. Выводы

4. Реализация результатов исследования

4.1. Методика проектирования измельчителя с ротором встречного удара

4.1.1. Общие положения

4.1.2. Разработка технических требований к изделию

4.1.3. Эскизный проект

4.1.3.1. Определение размеров ротора

4.1.3.2. Расчет привода вращения ротора

4.1.3.3. Разработка эскиза ИРВУ

4.1.4. Технический проект

4.2. Разработка конструкций высокоэффективных измельчителей

4.2.1. Измельчитель с управлением воздушным потоком

4.2.2. Измельчитель с повышенной эффективностью первой стадии измельчения

4.3. Применение измельчителя в получении защитных покрытий

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности измельчителя руды с ротором встречного удара»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В горной и строительной промышленности, при разработке технологии переработки материалов, требуется проводить опробование, предварительно измельчив горную породу, с помощью измельчителей различных типов. Для обеспечения требуемой точности анализа руды, необходимо измельчить материал до продукта заданной крупности. Цена продукции, а следовательно и объем финансовых расчетов между поставщиками и потребителями, зависит от точности определения содержания полезного ископаемого в пробе.

В подготовке аналитических проб используются устройства для измельчения, обеспечивающие требуемый для исследования гранулометрический состав ископаемого.

Сравнительный анализ конструкций измельчающих устройств показал, что наиболее подходящими для аналитических проб являются измельчители роторного типа, которые опережают в своем классе по производительности и надежности при минимальных габаритных размерах и массе. Однако они практически не известны потребителю и их выпуск ограничен.

Выпускаемые в настоящее время роторные измельчители, имеют недостаточную эффективность, которая характеризуется главным образом степенью измельчения.

Основная причина сложившейся ситуации заключается в недостаточной изученности процессов, протекающих в лабиринтном роторе встречного удара при измельчении материала, и, как следствие, в недостаточной научной обоснованности методов проектирования. Геометрические параметры и скорость вращения рабочего органа до настоящего времени назначаются эмпирически по принципу подобия, что неминуемо приводит к отклонениям тонины и производительности измельчения от заданных значений.

Совершенствование конструкции, позволяющее повысить эффективность работы устройств, невозможно без соответствующих научно обоснованных

зависимостей определяющих соотношение между конструктивными параметрами и технологическими показателями оборудования, поэтому теоретические и экспериментальные исследования измельчителей с ротором встречного удара являются актуальными.

Цель работы. Повышение эффективности работы роторного измельчителя руды за счет совершенствования его конструкции.

Идея работы. Повышение эффективности работы роторных измельчителей можно достигнуть за счет определения его рациональных параметров с учетом влияния на процесс измельчения воздушного потока.

Объект исследования. Объектом исследования являются роторные измельчители для подготовки горной породы к опробованию.

Предмет исследования. Предметом исследования является рабочий процесс роторного измельчителя встречного удара.

Методы исследования. Анализ движения частиц в каналах ротора выполнен с использованием положений теоретической механики и теории удара. Аэродинамика ротора рассмотрена с позиции теории турбомашин. Физическое моделирование и анализ его результатов выполнены в соответствии с методами планирования эксперимента и математической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем.

1. Рациональные конструктивные и режимные параметры рабочего органа роторного измельчителя встречного удара, определяются грансоставом исходного материала и его физико-механическими свойствами.

2. Эффективность работы роторного измельчителя, определяемая степенью измельчения, зависит от крупности исходного материала и уменьшается от первой стадии к последней.

3. Адаптацию измельчителя к материалам, имеющим различные физико-механические свойства, можно производить за счет управления воздушным потоком, создаваемым ротором.

Научная новизна работы:

- получены уравнения скорости движения частицы на входе во второй ряд активных элементов ротора встречного удара, послужившие основой определения основных геометрических параметров ротора;

- установлено, что при измельчении материала ротором встречного удара, на первой стадии происходит разрушение кускового материала скалыванием, а материала в виде песка - свободным ударом;

- получены зависимости теоретического давления воздушного потока, создаваемого ротором, и оптимального соотношения угловых скоростей полуроторов по критерию минимума давления;

- показана целесообразность управления скоростью воздушного потока в каналах ротора путем включения в измельчительную установку вспомогательного вентилятора;

- на основе теории турбомашин выявлен характер влияния вспомогательного вентилятора на интенсивность создаваемого ротором воздушного потока.

Практическая ценность работы:

- разработаны новые устройства, в которых возможно управление воздушным потоком в каналах ротора и повышение производительности измельчения;

- разработана методика определения основных конструктивных параметров измельчителя на стадии проектирования;

- даны рекомендации по управлению воздушным потоком в каналах ротора с помощью дополнительного вентилятора в зависимости от физико-механических характеристик измельчаемого материала;

- выявлен доминирующий вид разрушения материала на первой стадии измельчения, что позволяет соответствующими усовершенствованиями конструкции активных элементов ротора достичь повышения производительности установки и тонины продукта.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

подтверждается корректным использованием методов физического моделирования, положений теории вероятностей и математической статистики, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными. Относительная ошибка не превышает 10 %.

Реализация результатов работы. По конструкции измельчителя с управлением воздушным потоком оформлена заявка на патент. Методика проектирования измельчителя с ротором встречного удара внедрена в ООО «СКБ «Мысль» г. Екатеринбург.

Личный вклад автора в исследования заключается в следующем:

- выполнен анализ кинематики движения частицы в рабочем пространстве ротора;

- на основе кинематического анализа выявлены доминирующие виды разрушения частицы материала на первой стадии измельчения;

-предложены способы управления воздушным потоком с помощью вспомогательного вентилятора;

- разработана методика проектирования ротора встречного удара, учитывающая крупность частиц и твердость исходного материала;

- предложены конструкции измельчителей, обеспечивающие повышение производительности измельчения и управление воздушным потоком в каналах ротора.

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору кафедры технической механики УГГУ Афанасьеву А.И. за помощь в проведении эксперимента и консультации при написании диссертации.

Апробация. Результаты работы докладывались на научно-практических конференциях: IX Международная научно-практическая конференция «Современные концепции научных исследований» (г. Москва, 2014 г.), II Международная конференция «ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА БЕЗ ГРАНИЦ» (г. Мюнхен, 2014 г.), ХШ Международная научно-техническая конференция Чтения памяти В.Р. Кубачека», (г. Екатеринбург, 2015 г.), научно-практическая

конференция в рамках Уральской горнопромышленной декады ХШ «Международная научно-практическая конференция молодых ученых и студентов», (г. Екатеринбург, 2015 г.), Всероссийская конференция «Математическое моделирование механических явлений», (г. Екатеринбург, 2015 г.).

Публикации. По теме работы автором опубликовано 8 работ, в том числе 3 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Содержание работы изложено на 109 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка и 20 таблиц. Библиографический список содержит 101 наименование.

1. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СРЕДСТВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Определение качества ископаемого методом опробования как неотъемлемая технологическая часть добычи

Перед отечественной горнодобывающей промышленностью стоит проблема всемерного повышения уровня добычи полезных ископаемых на базе совершенствования техники и технологии. Решение ее подразумевает создание современных высокопроизводительных и энергосберегающих технических средств, задействованных как непосредственно в добыче, так и в процессах, связанных с разведкой месторождения, переработкой ископаемого и получением конечного продукта.

На всех этапах освоения месторождения осуществляется опробование ископаемого [1 - 3]. Под опробованием понимается исследование малых количеств материала с целью установления его качества [92 - 94]. Спектр задач, решаемых опробованием, зависит от стадии освоения месторождения.

Так, при георазведке опробование дает информацию о процентном содержании ископаемого во вмещающей породе, позволяет оконтурить залежь, оценить ее объем и экономическую целесообразность разработки.

В эксплуатации месторождения аналитическое опробование используется для управления добычей, оценки потерь ископаемого и динамики его качества и, в конечном счете, для корректировки цены продукции и финансовых расчетов между поставщиками и потребителями.

В зависимости от назначения аналитических проб, для их получения используются соответствующие устройства, которые и обеспечивают исследуемые объем и гранулометрический состав ископаемого. Далее будут приведены примеры таких устройств. В их названиях отражены конструктивные и функциональные особенности, поэтому для обозначения технических средств,

относящихся к данному классу, без конкретизации типа будем использовать термин измельчающее устройство (ИУ).

Теории и практике работы ИУ посвящены исследования выдающихся ученых, таких как Л.И. Барон, Г.С. Батуев, В.Р. Клер, В.М. Комир, К.В. Халке-чев [4 - 11] и другие. Большой вклад в исследование процессов, связанных с опробованием и ударным разрушением горных пород, внесен учеными Уральского государственного горного университета: В.Р. Кубачеком, В.З. Козиным, В.И. Саитовым, Н.И. Паладеевой, С.А. Ляпцевым, В.Я. Потаповым [12 -15]. Важные вопросы, связанные с дроблением и измельчением горных пород, рассмотрены в трудах Л. А. Вайсберга, Л.Ф. Биленко, А. А. Гарабажиу, А.В. Лисицы, П.М. Сиденко, Э.А.Хопунова, Ю.И. Протасова, Ю.А. Лагунова и т.д. [16 - 33]. Результатом их плодотворной деятельности стало создание новых и усовершенствование известных ИУ.

В то же время теоретическое описание взаимодействия рабочих органов ИУ с кусками породы остается далеко не полным, и в наибольшей степени данное утверждение относится к процессам ударного разрушения.

Одна из причин отсутствия единой теории состоит в том, что промышленное использование ИУ ударного действия развернулось сравнительно недавно, немногим более 20 лет назад. В настоящее время не существует достаточно надежных теоретических выкладок для количественного прогнозирования разрушения свободным ударом.

Другая причина состоит в многообразии видов разрушения. В рабочем пространстве ИУ действует комплекс факторов, и выделить из них доминирующий зачастую невозможно.

Учитывая вышеизложенное, теоретическое и экспериментальное исследование устройств для подготовки проб следует считать необходимым в плане дальнейшего совершенствования методов добычи полезных ископаемых.

Способы дробления и измельчения отличаются видами деформации породы [34-47].

1.2. Сравнительная характеристика измельчающих устройств

Основные механизмы разрушения поясняет рис. 1.1.

Воздействие на кусок статическими сжимающими нагрузками (рис. 1.1, а) приводит к раздавливанию, которое наступает после превышения напряжениями предела прочности материала на сжатие.

а

б

П

д

•ч

-V—О

9

в

ЛЛ

Рис. 1.1. Виды разрушения куска материала

I I I I

и

I I I I I I

Раскалывание куска (рис. 1.1, б) происходит в результате его расклинивания, когда в материале создаются напряжения растяжения, приводящие к разделению куска на части.

г

е

Приложение нагрузок по варианту, показанному на рис. 1.1, в, приводит к возникновению напряжений изгиба и излому куска.

Срезание (скол, срез) проявляется под действием касательных напряжений сдвига (рис. 1.1, г).

Родственным срезу является истирание (рис. 1.1, д), которое может рассматриваться как микросрез внешних тонких слоев материала куска.

Раздавливание под действием динамических (ударных) нагрузок называется ударным разрушением. Различают стесненный удар (рис. 1.1, е) и свободный удар (рис. 1.1, ж). При свободном ударе часть кинетической энергии движущегося куска переходит в работу его разрушения.

По характерному размеру куска или частицы конечного продукта виды разрушения горных пород делят на две категории: дробление и измельчение.

Различают следующие стадии дробления: крупное - до 100...350 мм; среднее - 40.100 мм; мелкое - 10.30 мм.

Стадии измельчения: грубое - до 1.5 мм; среднее - 0,05.1,00 мм; тонкое - 0,001.0,050 мм; сверхтонкое - менее 0,001 мм. В различных литературных источниках градации стадий измельчения несколько различаются; здесь приведены наиболее типичные.

В диссертации рассматриваются агрегаты, используемые в горнодобывающей и перерабатывающей отраслях и предназначенные, преимущественно, для подготовки аналитических проб различных руд и продуктов переработки к химическому анализу. К таким ИУ предъявляются достаточно жесткие требования в части фракционного состава продукта. Производительности их обычно лежат в диапазоне 10...60 кг/ч.

Стандартами оговаривается максимальный размер частиц в аналитической пробе (0,2 мм для углей, 0,1 мм для железной руды [93, 94]). Для подробного химического анализа усредненный гранулометрический состав должен находиться в диапазоне 0,06.0,08 мм [22], что соответствует средней стадии измельчения. ИУ, обеспечивающие указанную тонину пробы, и являются объектом нашего исследования.

Как отмечено выше, измельчение обусловлено действием нескольких факторов. Например, истиранию сопутствует раздавливание, а раскалыванию -срезание. Невозможно выделить такой конкретный тип ИУ, в котором разрушение куска осуществляется лишь одним из показанных на рис. 1.1 способов. В названиях ИУ заметны попытки конструкторов выделить доминирующий вид разрушения, но это возможно лишь в единичных случаях. Точно так же трудно бывает разграничить по функциональному признаку ИУ, имеющие разные названия.

В основном оборудование для подготовки проб представлено дезинтеграторами, дисмембраторами, истирателями и измельчителями с ротором встречного удара (ИРВУ). Мы используем общепринятую терминологию. Зачастую производители оборудования называют свою продукцию просто мельницами, ориентируясь, очевидно, на ГОСТ 17070 [92].

Ниже рассматриваются наиболее типичные представители каждого вида ИУ. Информация о патентах по соответствующему классу содержится в приложении 1.

Дезинтегратор (рис. 1.2) содержит два вращающихся в противоположные стороны диска (ротора) 1, 2 с рядами стержней 3, 4, воздействие которых на частицы материала приводит к их измельчению.

Стержни укреплены на дисках по концентрическим окружностям. По мере удаления от центра расстояние между ними

уменьшается. Ряды стержней одного диска находятся между рядами стержней другого. Исходный

2

Рис. 1.2. Рабочий орган дезинтегратора

материал через загрузочную воронку поступает в центральную часть диска 1 и попадает между движущимися навстречу друг другу стержнями. Продвигаясь от центра к периферии, частицы многократно ударяются о стержни и разрушаются, причем интенсивность разрушения увеличивается, т. к. шаг между стержнями уменьшается, а окружная скорость возрастает. Чем выше скорость вращения дисков, больше рядов и стержней на дисках, тем выше степень измельчения. Измельчённый материал выбрасывается в кожух дезинтегратора и перемещается вниз к выходному штуцеру.

Стержни дезинтеграторов эксплуатируются в крайне тяжелых условиях, приводящих к их быстрому изнашиванию и необходимости периодической замены.

Очевидно, что принцип действия дезинтеграторов - ударное разрушение, но процесс в целом значительно сложнее, чем стесненный или свободный удар в отдельности. Более того, и об ударном воздействии можно говорить лишь как о превалирующем виде разрушения, т.к. в рабочем пространстве роторов при взаимном контакте частиц реализуются и истирание, и раздавливание.

В табл. 1.1 приведены технические характеристики дезинтеграторов «Горизонт» (завод «Техприбор», Щелково), ВЕБ1-11 (Центр ОЕБЕБТ, Ст.-Петер-бург), «Ударник-18» (Холдинг «АлтайСтройМаш»). На рис. 1.3, 1.4 показаны дезинтеграторы «Горизонт» и «Ударник-18».

Технические характеристики дезинтеграторов

Параметр Значение

«Горизонт» £Е57-11 «Ударник-18»

Производительность, кг/ч 3...5 10.20 3000

Мощность двигателей суммарная, кВт 3,7 3,7/4,1 18,5

Исходная крупность материала, мм, не более 12 3 15

Крупность пробы, мм нет данных * 0,04.0,10

Скорость удара, м/с нет данных 175/240 128

Твердость материала по шкале Мооса, ед, не 5 нет данных 7

более

Характеристика питающей сети, В/Гц 380/50 380/50 380/50

Габаритные размеры, мм:

длина 1750 500 1000

ширина 1280 630 790

высота 1080 1040 620

Масса, кг 810 85 375

Цена, руб. 230000 нет данных 299250

* Для мела с исходной крупностью 0,4 мм - 0,14 мм; для кокса с исходной крупностью 0,6 мм - 0,16 мм.

Рис. 1.3. Дезинтегратор «Горизонт»

Рис. 1.4. Дезинтегратор «Ударник-18»

Дисмембратор, в отличие от дезинтегратора, содержит не два вращающихся ротора, а ротор и неподвижную плиту, снабженные стержнями. По измельчающей способности он уступает дезинтегратору, а потому большого интереса не представляет. Используются дисмембраторы, как правило, для подготовки пробы к измельчению истирателями путем предварительного дробления.

Зарубежные ИУ представлены мельницами компании Retsch GmbH [43], которые по принципу действия близки к дисмембраторам. Технические характеристики мельниц SR 200, SR 300, SK 100 приведены в табл. 1.2, данные по крестовой мельнице SK 100 указаны в приложении 2.

Технические характеристики мельниц производства Retsch GmbH

Параметр Значение

SR 200 SR 300 SK 100

Производительность измельчения нет данных

Исходная крупность материала пробы, мм, не более 15

Емкость приемной коробки, дм3 5 (30)*

Конечная крупность истертой пробы, мм, не более 0,08 0,05 0,10

Измельчаемый материал уголь **

Потребляемая мощность, кВт 1,1 2,2 1,1

Характеристика питающей сети, В/Гц 380/50(60)

Габаритные размеры, мм: длина ширина высота 560 1150 700 560 1200 890 560 1150 700

Масса, кг 57 95 57

Цена, руб. 408570*** нет данных 476980***

* В скобках - емкость по спецзаказу. ** Гранит, минералы, руды.

*** Получена пересчетом по курсу евро на 18.08.2014.

Из таблицы 1.2 следует, что наибольшей универсальностью обладает мельница с крестовым ротором БК 100. Ее измельчающими органами являются ротор и зубчатая размольная вставка. Вставка представляет собой своеобразный венец с внутренними зубьями, внутри которого вращается ротор. Куски материала ударяются концами ротора о зубья вставки. Процесс измельчения комплексный: стесненный и свободный удары, раскалывание, срез.

Характерная особенность мельниц - наличие в рабочей камере калибрующей сетки с ячейками, размер которой и задает тонину измельчения. В частности, сетка мельницы БК 100 имеет ячейки 100 мкм.

В истирателях, как показывает их название, используется принцип измельчения, показанный на рис. 1.1, д.

Выпускаются дисковые и вибрационные истиратели. Для аналитического опробования ископаемых наиболее пригодны дисковые установки. Рабочее пространство дискового истирателя образовано вращающимся и неподвижным дисками, установленными с регулируемым зазором. Схема рабочего органа дискового истирателя дана на рис. 1.5.

Исходный материал через загрузочную воронку поступает в центральную часть дисков. Вращение подвижного диска приводит к интенсивному перемещению частиц, при котором в результате взаимодействия частиц с дисками и между собой происходит их разрушение. Измельченная масса движется к внешним кромкам дисков и выходит через нижний разгрузочный штуцер. Степень измельчения зависит от зазора (щели) между дисками.

Лабораторный дисковый истиратель ЛДИ-65 (рис. 1.6) производства ОАО «Грант» (Наро-Фоминск) предназначен для регулируемого истирания сухих лабораторных проб горных пород, руд, минералов и других материалов дисками из карбида кремния. Его техническая характеристика приведена в табл. 1.3.

ООО «Вибротехник (Ст.-Петербург) поставляет дисковые истиратели марки ИД (рис. 1.7). Технические характеристики типоряда истирателей ИД даны в табл. 1.4.

Устройства, использующие для измельчения встречный удар, по принципу действия близки к дезинтеграторам. На рис. 1.8 схематично показан рабочий орган ИРВУ.

Рис. 1.5. Рабочий орган дискового истирателя

Рис. 1.6. Лабораторный дисковый истиратель ЛДИ-65

Таблица 1.3

Техническая характеристика истирателя ЛДИ-65

Параметр Значение

Производительность измельчения до крупности 0,044 мм, кг/ч, не менее 0,6

Исходная крупность материала пробы, мм, не более 2

Масса пробы за одно истирание, г 10...300

Конечная крупность истертой пробы, мм, не более 0,044

Потребляемая мощность, кВт 0,37

Характеристика питающей сети, В/Гц 380/50

Габаритные размеры, мм 340x235x230

Масса, кг 17

Материал измельчительных дисков карбид кремния

Цена, руб. 99120

В корпусе 1 (рис. 1.8, а) смонтированы диски 2, 3. На диске 2 выполнены подающие стойки 4 в количестве 4 - 6 шт. и кольцевой выступ 5, а на диске 3 -кольцевые выступы 6 и 7. Привод (на рис. 1.8 не показан) осуществляет вращение дисков в противоположных направлениях.

Рис. 1.7. Дисковый истиратель ИД-130

Таблица 1.4

Технические характеристики истирателей ИД

Параметр Значение

ИД-130 ИД-175 ИД-200 ИД-250

Производительность, кг/ч 8 15 30

Исходная крупность материала пробы, мм, не более 3 5

Усредненный размер частиц на выходе, мм 0,044 0,1

Расстояние между дисками, мм нет данных 0,1.5,0

Диаметр дисков, мм 130 175 200 250

Характеристики питающей сети, В/Гц 380/50

Потребляемая мощность, кВт 1,1 2,2 4,0

Габаритные размеры, мм: длина ширина высота 545 330 350 690 410 905

Масса, кг 55 140 200

Материал измельчительных дисков карбид кремния

Цена, руб нет данных 210000 260000 285000

1 7 5 6 4

9

| 8 10 11

4

12 7 5 6

а

б

Рис. 1.8. Рабочий орган ИРВУ

На рис. 1.8, б условно изображены кольцевые выступы 4 - 7. В них выполнены прорези (каналы) 10, 11, 12, равномерно распределенные по окружности (показано по одному каналу в каждом выступе). Между стойками 4 и выступом 6, а также между выступами 5, 6 и 7 имеются гарантированные зазоры. Выступы и диски в сборе образуют подобие лабиринта, поэтому ротор получил название лабиринтного.

Корпус имеет загрузочную воронку 8 и выпускной штуцер 9.

Исходный материал в виде кусков загружается через воронку 8 и захватывается стойками 4. Центробежными силами куски отбрасываются к кольцевому выступу 6, и, поскольку стойки сообщили им окружную скорость, ударяются о стенки каналов 10 выступа 6, совершающего встречное движение.

В результате удара куски разрушаются, их обломки (частицы) вовлекаются во вращение теперь уже кольцевым выступом 6. Центробежные силы перемещают их к выступу 5, происходит удар по частицам стенками каналов 11. Описанный процесс повторяется в виде ударов по частицам стенками каналов 12 выступа 7, после чего измельченный материал выбрасывается в полость корпуса и наружу через приемный штуцер 9.

Разумеется, работа ИРВУ описана здесь весьма упрощенно. Более подробно процесс измельчения будет рассмотрен в дальнейшем. Пока же остановимся на его отличиях от измельчения дезинтегратором.

Активные элементы ИРВУ - участки кольцевых выступов - воздействуют на частицы плоскими поверхностями или ребрами. Стержни дезинтегратора имеют цилиндрическую форму. Данным фактором обусловливается различный характер разрушения. Как показано в [48], в роторе ИРВУ проявляются, кроме удара, раскалывание и срез, т.е. такие виды, которых в дезинтеграторе (в явном виде) быть не может.

Важным обстоятельством является строго выраженная линейная форма каналов в кольцевых выступах лабиринтного ротора, вследствие чего в ИРВУ более четко проявляется стадийность разрушения, чем в дезинтеграторе. Кинематика куска и частицы при прохождении каналов ИРВУ значительно лучше подчиняется анализу.

Кроме того, ротор ИРВУ, в отличие от ротора дезинтегратора, создает интенсивный воздушный поток наподобие центробежного вентилятора, причем влияние потока на качество измельчения вполне реально.

Указанные особенности вполне оправдывают выделение ИРВУ в особую группу устройств.

В 1998 г. предприятием ООО «Сельма» по проекту специалистов УГГГА (ныне УГГУ) для ОАО «Бакальские рудники» был изготовлен измельчитель лабораторный аналитический ИЛА-2 с лабиринтным ротором, в конструкции которого воплотились все решения, на тот момент полученные на базе теоретических и экспериментальных исследований. Устройство ИЛА-2 поясняет рис. 1.9.

Измельчитель 1 смонтирован на опоре 2. Два двигателя 3, 4 фланцевого исполнения установлены на кронштейне опоры. Вращение дисков ротора осуществляется при помощи ременных передач 5, 6. Передаточное отношение каждой передачи равно 0,55, поэтому частота вращения дисков выше частоты вращения двигателей. Техническая характеристика ИЛА-2 дана в табл. 1.5.

3, 4

Рис. 1.9. Схема измельчителя ИЛА-2

Конструкция измельчителя оказалась удачной, ИЛА-2 хорошо проявил себя в переработке широкой гаммы материалов с исходным размером куска 8 (10) мм. Наилучшие результаты показаны при измельчении веществ кристаллической структуры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зубов Владимир Владимирович, 2016 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Козин В.З. Опробование минерального сырья. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011. - 316 с.

2. Альбов М.Н. Опробование месторождений полезных ископаемых: учебник для вузов. - М.: Недра, 1975. - 221 с.

3. Чечотт Г.О. Опробование и испытание полезных ископаемых. - М., Л.: ГНТГГИ, 1932. - 114 с.

4. Барон Л.И., Коняшин Ю.Г., Курбатов В.М. Дробильность горных пород. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 348 с.

5. Батуев Г.С. Инженерные методы исследования ударных процессов. -М.: Машиностроение, 1977. - 240 с.

6. Клер В.Р. Изучение и гисто-экономическая оценка качества углей при геологоразведочных работах: монография. - М.: Недра, 1975. - 320 с.

7. Комир В.М., Воробьев В.В., Нападайло В.И. О влиянии количества газообразных продуктов детонации на дробление и разлет горной породы// Взрывное дело. - № 86/43 - М.: Недра, 1991. - С. 23 - 25.

8. Кононенко В.Н., Халкечев К.В. Резонансное разрушение горных пород при дроблении и измельчении// Горный информационно-аналитический бюллетень, 2010, вып. № 1. - С. 231 - 235.

9. Халкечев К.В., Халкечев Р.К. Математическая модель разрушения поликристаллов при квазистатических и ударных нагрузках. Методы математического моделирования в горной промышленности: Горный информационно-аналитический бюллетень. (Научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). 2011. С. 22-26.

10. Халкечев К. В. Метод аналогий при математическом моделировании деформационных свойств геоматериалов и новых композиционных материалов. Горный информационно-аналитический бюллетень (Научно-технический журнал). 2014. №9. С. 282-284.

11. Халкечев К.В., Халкечев Р.К., Каширский А.С. Управление технологией разрушения материалов на основе математического моделирования устойчивого и неустойчивого развития трещин. Горный информационно-аналитический бюллетень (Научно-технический журнал). 2014. №11. С. 359366.

12. Кубачек В.Р., Саитов В.И., Паладеева Н.И. Критерии ударного разрушения горных пород// Изв. Вузов. Горный журнал, 1985, № 8. - с. 75 - 78.

13. Кубачек В.Р., Саитов В.И., Паладеева Н.И. Параметры разрушения горных пород свободным ударом// Строительные и дорожные машины, 1985, № 6. -С. 17 - 18.

14. Саитов В.И. Условия подобия процессов разрушения горных пород при дроблении// Изв. Вузов. Горный журнал, 1986, № 10. - с. 59 - 63.

15. Ляпцев С.А., Глухих И. А., Волков Е.Б. Моделирование движение горных пород относительно просеивающей поверхности активного грохота// Современные проблемы науки и образования, 2013, № 4.

16. Вайсберг Л. А., Современное дробильно-измельчительное и обогатительное оборудование "Механобр-Техники"//Тез. докл. II конгресса обогатителей стран СНГ, 1999г., МИСиС. М.: стр. 22-23.

17. Вайсберг В.М., Эксплуатация дробильных и измельчительных установок - М.: Недра, 1989. - 196 с.

18. Пивняк Г.Г., Вайсберг Л.А., Кириченко В.И., Пилов П.И., Кириченко В.В. Измельчение. Энергетика и технология. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Изд. дом "Руда и металлы", 2007. - 296с

19. Биленко Л.Ф., Лисица А.В., Лисица В.И. Влияние центробежно-удар-ного способа рудоподготовки на процесс обогащения полезных ископаемых [Электронный документ] URL: http://www.asma.ru/ - Каталог статей и интернет-ресурсов.

20. Гарабажиу А. А. Математическое моделирование процессов измельчения и классификации сыпучих материалов в роторно-центробежной мельнице// Химическая промышленность, 2003, № 6. - С. 15 - 30.

21. Лисица А.В. Способы интенсификации процесса разрушения и повышения селективности дезинтеграции дисперсных сред в центробежных установках// Вестник Гомельского ГТИ им. П.О. Сухого, 2000, № 3. - С. 49 - 56.

22. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности: издание 2-е, переработанное. - М.: Химия, 1977. - 368 с.

23. Хопунов Э.А. Анализ причин низкой энергоэффективности процессов разрушения минерального сырья// Современная техника и технологии. 2014. №10 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/10/4690.

24. Хопунов Э.А. Исследование механизма селективного разрушения руд //Интенсификация технологических процессов рудоподготовки: Междуведомств. сб. научных трудов. Механобр.- Ленинград, 1987. С.116-135.

25. Хопунов Э.А. Новый взгляд на процессы переработки минерального сырья // Современная техника и технологии. 2015. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/03/5944

26. Протасов Ю.И., Теоретические основы механического разрушения горных пород. - М.: Недра, 1985.

27. Кононенко В.Н., Халкечев К.В. Резонансный режим разрушения при дроблении и измельчении горных пород. В мире научных открытий. 2010. № 5(11) Часть 1. С. 98-102.

28. Лагунова Ю.А. Разработка научно-технических основ повышения эффективности разрушения горной породы "в слое". дисс.на соиск. учен. степ. д-ра. тех. наук. УГГУ, 2009-288 с.

29. Газалеева В.Н., Иванова С.П. Методика и технология получения материалов заданной крупности. Материалы международного совещания «Современные проблемы обогащения и глубокой комплексной переработки минерального сырья - Плаксинские чтения 2010» 10-15 сентября 2010г. -Казань, 2010г. - С. 143 - 146.

30. Иванова С.П., Газалеева В.Н.Методика и технология получения материалов заданной крупности. Материалы международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и

техногенного сырья» 13-17 апреля 2010 г. - Екатеринбург: Изд-во «Форт Диалог-Исеть», 2010 г. - С. 15-20.

31. Потапов В.Я., Цыпин Е.Ф., Пелевин А.Е., Шалюгина В.А., Тююшева Н.М. Избирательность разрушения руд различной асбестоносности и возможности их предварительного обогащения // Известия ВУЗов. Горный журнал.-№4, 2000.- С. 139-143.

32. Ревнивцев Е.И. Совершенствование процессов дробления, измельчения, грохочения и классификации руд и продуктов обогощения: Междувед. сб. науч. тр./ под. ред. В.И. Ревнивцева; Л.: Механобр. - 1985. - 170 с.

33. Лесин А.Д. Дробильно-размольное оборудование и технология дезинтеграции: Междувед. сб. науч. тр./ А.Д. Лесин, И.В. Роженцов; Л.: Механобр. - 1989. - С. 125-132.

34. Андреев С.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезныхископаемых / Перов В.А., Зверевич В.В. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1980. - 415 с.

35. Андреев С.Е., др. Закономерности измельчения и исчисления характеристик гранулометрического состава. М., «Металлургиздат», 1959.

36. Андреев С.Е. О законах дробления. Горный журнал №4, 1962.

37. Серго Е.Е. Дробление , измельчение и грохочение полезных ископаемых. - М.: 1977. - 285 с.

38. Суслина Л.А. Обогащение полезных ископаемых / Л.А. Суслина.-Кемерово, КузГТУ, 2012. - 194 с.

39. Справочник по обогащению руд. В 3-х т. Гл.ред. О.С.Богданов. Т.1. Подготовительные процессы. М., «Недра», 1972, 448 с.

40. Евменова Г.Л. Дробление, измельчение и подготовка сырья кобогащению / Евменова Г.Л. [и др.]. - Кемерово: ГУ КузГТУ, 2005. - 96 с.

41. Молчанов В.И., Юсупов Т.С. Физические и химические свойства тонко диспергированных минералов. М.: Недра, 161с.

42. Гийо Роже. Проблема измельчения материалов и ее развитие. М., «Стройиздат»,1964.

43. Retsch: Оборудование: Измельчение: Роторные мельницы [Электронный ресурс] URL: http://www.retsch.ru/ru.

44. Ревнивцев В.И., Хопунов Э.А., Костин И.М. и др. Селективное разрушение минералов // под ред. В.И. Ревнивцева.- М.: Недра, 1988.

45. Олевский В.А. Размольное оборудование обогатительных фабрик. М., «Госгортехиздат», 1963.

46. Олевский В.А. Теоретические основы техники измельчения руд на обогатительных фабриках. Дисс.. на соиск. уч. степ. Д.т.н. ЛГИ, 1965.

47. Попов В.А., Андреев Е.Е., БеляковЛ.Ф. Дробилки, измельчение и грохочение полезного ископаемого. - М.: Недра, 1990. - 300 с.

48. Ахлюстина Н.В., Таугер В.М. Варианты разрушения частицы в измельчителе встречного удара// Фундаментальные исследования, 2013, № 8.

49. Сельма. Мельницы. Измельчители. Дробилки. Производство и поставка. URL: http://www.selma.ru/27

50. СНиП 41 - 01 - 2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Введ. 2003-26-06. М.:Стандартинформ, 2004. ( Строительные нормы и правила РФ).

51. Ремезов А.В. Обогащение полезных ископаемых. Комплексное использование сырья, продуктов и отходов обогащения / А.В. Ремезов [и др.].

- Кемерово: КузГТУ, 2006. - 327 с

52. Газалеева Г.И., Цыпин Е.Ф., Червяков С.А. Рудоподготовка. Дробление, грохочение, обогащение. Екатеринбург: ООО "УЦАО", 2014. - 914с.

53. Ковалевская В.И., Бабак Г.А., Пак В.В. Шахтные центробежные вентиляторы. - М.: Недра, 1976. - 320 с.

54. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. - М.: Наука, 1977. - 224 с.

55. Волков Е.Б., Ляпцев С.А. Связь вероятности прохождения частиц горных пород сквозь решетку грохота с эффективностью грохочения// Фундаментальные исследования, 2014, № 3.

56. Потапов В.Я., Ляпцев С.А. Математическое описание поведения рудных частиц в воздушном потоке разделительных аппаратов //Современные проблемы науки и образования, №1, 2012.- С.7-10. URL: www. Scienc-education.ruj 101 -5493/

57. Потапов В.Я., Ляпцев С.А., Матвеев Д.В., Феклистов Ю.Г., Потапов В.В. Теоретический анализ движения и удара частицы обогащаемого материала о наклонную плоскость //Известия ВУЗов. Горный журнал.-№1, 2007.- С.110-113.

58. Потапов В.Я., Ляпцев С.А., Потапов В.В., Матвеев Д.В. Математическое моделирование аппаратов для разделения сыпучих материалов по заданным признакам //Математическое моделирование механических явлений. Материалы Всероссийской научной конференции. Екатеринбург

59. Потапов В.Я. Разработка математической модели движения частиц в сепараторе по трению и упругости. УГГУ. Известия ВУЗов. Горный журнал №3, 2011.- С.60-66.

60. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород.- Л.: Недра, 1984.-359 с.

61. Ахлюстина Н.В., Ляпцев С.А. Моделирование процесса загрузки в измельчителе с ротором встречного вращения// Изв. Вузов. Горный журнал, 2007, № 8.

62. Александров А.В., Потапов В. Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов: учебник для вузов// под ред. А.В. Александрова. - М.: Высшая школа, 2004. - 560 с.

63. ГОСТ 18883 - 82. Резцы токарные расточные с пластинами из твердого сплава для обработки глухих отверстий. Конструкция и размеры. Введ. 1974-0107. М.:Стандартинформ, 2001. ( Межгосударственный стандарт).

64. Кириллов И.И. Теория турбомашин. - М.: Машиностроение, 1972. -

533 с.

65. Поляков В.В., Скворцов Л.С. Насосы и вентиляторы. М.: Стройиздат, 1990. - 336 с.

66. Ахлюстина Н.В., Зубов В.В. Аэродинамика ротора измельчителя встречного удара// Фундаментальные исследования, 2014, № 8 (часть 6). - С. 12791282.

67. Сидняев Н.И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных: учеб. пособие. - М.: Изд-во Юрайт, 2014. - 495 с.

68. Красовский Г.И., Филаретов Г.С. Планирование эксперимента. -Минск: Изд-во БГУ, 1982. - 302 с.

69. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. - Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1990. -288 с.

70. Азбель Е.И. Подготовка минерального сырья к обогащению и переработке /Е.И. Азбель, Е.Г. Баранов, В.М. Изоитко, Е.И. Крапивский, М.И. Кротков, Е.П. Леман, А.С. Петров; под ред. В.И. Ревнивцева. М.: Наука, 1987.-307с.

71. Костин И.М. Пути повышения производительности измельчительных отделений обогатительных фабрик. /И.М. Костин [и др.]//Труды Механобра. -Л.:Механобр.-1974. - Вып.140.-С.56.

72. Финкельштейн Г.А. О классификационных признаках различных способов дробления и измельчения и относительной перспективности соответствующего оборудования / Г. А. Финкельштейн, В. А. Цукерман // Труды Механобра. - Л.:Механобр.-1974. - Вып.140.-С.19-37.

73. Таугер В.М. Конструирование мехатронных модулей. - Екатеринбург: УрГУПС, 2009. - 336 с.

74. Ненарокомов Ю.Ф. Современное состояние и направления развития рудоподготовки / Ю.Ф. Ненарокомов [и др.] // Труды Механобра. -Л.:Механобр.-1974. - Вып.140. - С.5-8.

75. Иванов М.Н., Финогенов В. А. Детали машин: учебник для академического бакалавриата. - М.: Юрайт, 2014. - 408 с.

76. Центробежный измельчитель: № 2015102132; заявл. 23.01.15

77. Холодников Ю.В., Альшиц Л.И. Футеровка технологического оборудования и строительных конструкций композиционными материалами: справочное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2013. - 145 с.

78. Weglarczyk J./ Optymalizaciaukadowrozdrabniania./ J.Weglarczyk// Rudy: MetaleNiezelazne - Warszawa, 1987/ Pg.97-99.

79. Ягупов А.В. Новое направление в технике измельчения материалов /А.В. Ягупов, А.С. Выскребенец, М.В. Гегелашвили //Научно-техническая конференция, посвященная 50-летию СКГМИ (Тезисы докладов).-Орджоникидзе, 1981. - С.83.

80. Холодников Ю.В., Зубов В.В. Применение измельчителя встречного удара в получении футеровки элементов горного оборудования// Евразийский союз ученых. сост. Аркулин Т.В. №9. Изд-во ЕСУ, 2014. С 110-112.

81. Сборник основных норм на геологоразведочные работы СНОР. Выпуск 1. Работы геологического содержания. Часть 5. Опробование твёрдых полезных ископаемых. М., 1993, 63 с.

82. Сборник сметных норм на геологоразведочные работы (ССН). Вып.1 «Работы геологического содержания», часть 5 «Опробование твёрдых полезных ископаемых», М., 1992. 55 с.

83. Ахлюстина Н.В., Зубов В.В. Управление воздушным потоком в каналах ротора измельчителя встречного удара//Известия вузов. Горный журнал, 2015, № 3. - С. 126-132.

84. Ахлюстина Н.В., Зубов В.В. Исследование измельчителя с ротором встречного удара на гранулометрический состав продукта //Горное оборудование и электромеханика, 2015, № 8. - С. 30-34

85. Зубов В.В. Методика испытаний физической модели измельчителя с ротором встречного удара / В.В. Зубов // Материалы Всероссийской конференции «Математическое моделирование механических явлений». -Екатеринбург: УГГУ, 2015. - С. 58-60.

86. Зубов В.В. Методика проектирования измельчителя с ротором встречного удара / В.В. Зубов, Н.В. Ахлюстина // Сборник докладов XIII

международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности». - Екатеринбург: УГГУ, 2015.

87. Modern methods of ultrafine grinding and selective disclosure of minerals. XV Anniversary Balkan Mineral Processing Congress, Bulgaria, р. - 123 - 127. Tsherbakova S.A. Tchervyakov, S.P. Ivanova

88. Pande G., Beer, G. and Williams, J.R., Numerical Modeling in Rock Mechanics, John Wiley and Sons, 1990.

89. ГОСТ 4648 - 2014. Пластмассы. Методы испытания на статистический изгиб. Введ. 2014-27-02. М.:Стандартинформ, 2014. ( Межгосударственный стандарт).

90. ГОСТ 11262 - 80. Пластмассы. Методы испытания на растяжение. Введ. 1980-01-12. М.:Стандартинформ, 2001. ( Государственный стандарт).

91. ГОСТ 1284.1 - 69. Ремни приводные клиновые нормальных сечений. Основные размеры и методы контроля. Введ. 1991-01-01. М.:Издательство стандартов, 2008. (Межгосударственный стандарт).

92. ГОСТ 2.120 - 2013. ЕСКД. Технический проект. Введ. 2013-14-11. М.:Стандартинформ, 2014. ( Государственный стандарт).

93. ГОСТ 2.118 - 73. ЕСКД. Техническое предложение. Введ. 1974-01-01. М.: Госстандарт России, 2001. ( Межгосударственный стандарт).

94. ГОСТ 2.103 - 2013. ЕСКД. Стадии разработки. Введ. 2013-14-11. М.: Стандартинформ, 2014. ( Государственный стандарт).

95. ГОСТ 32520 - 2013. Руды железные, концентраты, агломераты и окатыши. Общие требования к методам химического анализа. Введ. 2013-14-11. М.:Стандартинформ, 2014. ( Государственный стандарт).

96. Центробежно-струйная мельница: пат. 2381070 Рос.Федерация. №2008125752/03; заявл. 24.06.08; опубл. 10.02.10. Бюл. №4.

97. ГОСТ 10707 - 81. Угли. Термины и определения. Введ. 1989-01-07. М.: Госстандарт России, 2013. ( Государственный стандарт).

98. ГОСТ 10742 - 71. Угли бурые, каменные, антрацит, горючие сланцы и угольные брикеты. Методы отбора и подготовки проб для лабораторных испытаний. Введ. 2001-01-12. М.: Госстандарт России, 2001. ( Межгосударственный стандарт).

99. ПБ 05 - 618 - 03. Правила безопасности в угольных шахтах. - Введ. 2003-05-06. М.:Госгортехнадзор России, 2015.

100. Назимко Е.И. Конспект лекций по курсу «Подготовительные процессы обогащения» / Е.И. Назимко. - Донецк: ДНТУ, 2008. -51 с.

101. Самылин В.Н. Конспект лекций по дисциплине «Переработка, обогащение и комплексное использование полезных ископаемых» / В.Н. Самылин. - Донецк: ДонНТУ, 2007. - 84 с.

Приложение 1

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

внедрения методики проектирования измельчителя с ротором встречного удара в ООО «СКБ «Мысль»

Настоящим актом внедрения подтверждается, что составленная инж. УГГУ Зубовым В.В. под руководством канд. техн. наук Ахлюстиной Н.В. методика проектирования измельчителя с ротором встречного удара

рассмотрена на научно-производственном совете ООО «СКБ «Мысль» и рекомендована к использованию в разработке промышленного образца измельчителя для приготовления мелкодисперсных минеральных добавок в композитные футеровки.

Во внимание при рассмотрении приняты результаты экспериментального исследования измельчителя ИЛЭ-200-50.

С помощью указанной методики предполагается решить следующие задачи:

- определение геометрических параметров ротора по заданным средней крупности частиц в продукте, твердости исходного материала и производительности измельчителя;

- вычисление номинальных частот вращения полуроторов по критерию минимума создаваемой ротором интенсивности воздушного потока;

- выбор двигателей и аппаратуры управления приводом измельчителя.

Исполнитель инж. ООО «СКБ «Мысль».

«$>> апреля 2015 г.