Повышение качества готового продукта при дезинтеграции минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.13, кандидат технических наук Соболев, Сергей Евгеньевич

• Соболев, Сергей Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соболев, Сергей Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Современное состояние измельчительного оборудования

1.2. Современные тенденции развития оборудования для измельчения

1.3. Новый способ измельчения материалов и основные результаты исследований работы мельницы типа МАЯ

1.4. Основные результаты исследований центробежной мельницы вертикального типа МВ

1.5. Выбор направления исследовании и их задачи ¿о

Выводы ^

2. ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЫ ПО ОТРАБОТКЕ

РЕЖИМОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЙ

2.1. Задачи исследований

2.2. Предварительные испытания мельницы МВ-0,

2.3. Исследования центробежной мельницы при измельчении минерального сырья разной крупности

Выводы ^

3. СРАВНЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МЕЛЬНИЦЫ ПРИ УСТАНОВКЕ В

ПОЛОСТИ РОТОРА РАЗНОГО КОЛИЧЕСТВА РЕБЕР

3.1. Задачи исследований

3.2. Исследования центробежной мельницы при установке в полости ротора шести радиальных ребер

3.3. Сравнительные испытания центробежной мельницы при установке в полости ротора трех или шести ребер

3.4. Теоретические обоснование количества ребер, установленных в полости ротора Выводы

4. СРАВНЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МЕЛЬНИЦЫ ПРИ УСТАНОВКЕ РЕШЕТОК В ПОЛОСТИ РОТОРА И НА ПЕРИФЕРИИ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА

4.1. Задачи исследований

4.2. Испытания центробежной мельницы при установке решеток только в полости ротора

4.3. Оценка эффективности решеток, установленных в периферийной нижней части рабочего пространства мельницы

4.4. Испытания центробежной мельницы при раздельном выпуске измельченного материала из корпуса мельницы через решетки ротора и периферии

Выводы

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЫ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

5.1. Задачи исследований

5.2. Время подвода привода центробежной мельницы вертикального типа к автоматическому режиму

5.3. Рекомендации по конструктивному исполнению центробежной мельницы вертикального типа

5.4.Разработка технологической схемы получения порошковых материалов

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества готового продукта при дезинтеграции минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа»

Актуальность проблемы. Для России важной государственной проблемой является снижение энергозатрат во всех уровнях производства и, в первую очередь, при переработке и обогащении руд, где наиболее трудоемким и энергоемким процессом является измельчение руды, на долю которого приходится около 64 % энергозатрат.

Перспективными аппаратами нового типа, способными эффективно осуществлять операции измельчения при высоких технологических показателях и низких энергозатратах, являются центробежные мельницы вертикального типа. Эксплуатация этих мельниц при размоле свинцово-цинковых, медных, марганцевых, железных руд и других сырьевых материалов показала экономическую целесообразность нового способа самоизмельчения за счет отсутствия мелющих тел, совмещения операций мелкого дробления и измельчения, малой металлоемкости, отсутствия специальных фундаментов, высокой удельной производительности, сокращения удельного расхода электроэнергии, низкого расхода металла, низкого уровня шума в работе, простоты конструкции и ремонтных операций.

При создании центробежных мельниц вертикального типа производительностью более 5 т/ч был выявлен ряд технологических и технических проблем, связанных с вынужденной блокировкой кольцевого горизонтального разгрузочного зазора между подвижными и неподвижными элементами мельницы, а также с размещением в нижней кольцевой части рабочего пространства центробежной мельницы, в зоне над вращающимся ротором, дополнительных кольцевых просеивающих поверхностей. Так, повысилось переизмельчение готового продукта, снизилась производительность мельницы по исходному и готовому продукту, повысился расход электроэнергии и т.п.

Учитывая недостаточное научное и экспериментальное обоснование закономерностей измельчения минерального сырья в центробежных мельницах вертикального типа, а также способов эвакуации измельченного продукта из рабочего пространства, направление данного исследования представляется актуальным и своевременным.

Цель работы: повышение качества готового продукта при дезинтеграции минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа.

Идея работы, снижение переизмельчения готового продукта при измельчении минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа при изменении способа эвакуации измельченного материала из рабочего пространства мельницы.

Методы исследований. В работе применен комплексный метод исследований: критическое обобщение опыта на основе анализа литературных и патентных источников, гранулометрический и фракционный методы анализа продуктов измельчения, теоретические исследования с использованием теории гидродинамики, лабораторные эксперименты, методы планирования экспериментов, статистические методы исследований с обработкой результатов на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые в работе.

1. Производительность центробежной мельницы вертикального типа по готовому продукту и затраты мощности на измельчение материалов от времени испытаний описываются соответственно нелинейной и линейной зависимостями в переходный период, который продолжается от 4 до 6 часов с момента первоначальной загрузки исходного продукта в мельницу.

2. Доказано, что зависимость выхода расчетных классов - 0,08 мм в выгрузке центробежной мельницы вертикального типа от времени испытаний при измельчении минерального сырья имеет нелинейный характер. При этом установлено, что наибольшее влияние на производительность мельницы по расчетному классу - 0,08 мм оказывают высота столба материала и количество ребер, установленных в полости ротора, а частота вращения ротора влияет незначительно.

3. Усовершенствована математическая модель движения измельчаемого материала в рабочем пространстве центробежной мельницы вертикального типа в виде системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса. Она показывает, что движение материала внутри неподвижного корпуса мельницы начинается у стенок корпуса, от плоскости вращения верхних кромок ребер ротора, имеющего форму перевернутого полого усеченного конуса, и продолжается по восходящей спиралевидной траектории, которая расположена на поверхности параболоида вращения с вершиной на оси мельницы, и далее завершается по нисходящей траектории у оси мельницы. При этом происходит формирование подвижного торообразного ядра материала над вращающимися ребрами, высота которого определяется частотой вращения ротора, давлением столба материала, находящегося над ротором, и коэффициентом эквивалентной вязкости продуктов измельчения.

4. Установка просеивающих поверхностей в периферийной нижней части рабочего пространства центробежной мельницы вертикального типа приводит к снижению выхода класса -0,04 мм в среднем на 15 %, с одновременным повышением производительности по исходному продукту на 31,7 %.

Научная новизна:

1. Впервые определены зависимости производительности центробежной мельницы вертикального типа по готовому продукту и мощности, затрачиваемой на измельчение материалов, учитывающие блокировку кольцевого зазора между подвижными и неподвижными элементами мельницы, наличие кольцевых просеивающих поверхностей в периферийной нижней части рабочего пространства мельницы, изменение высоты столба измельчаемого материала в корпусе мельницы, частоты вращения ротора и размера исходного питания.

2. Зависимость производительности центробежной мельницы вертикального типа по выходу расчетных классов - 0,08 мм от времени испытаний в выгрузке мельницы при измельчении минерального сырья определена с учетом блокировки кольцевого зазора между подвижными и неподвижными элементами и размещением кольцевых просеивающих поверхностей в периферийной нижней части рабочего пространства мельницы, позволяющие снизить переизмельчение кондиционного продукта, а также с учетом варьирования высоты столба материала в корпусе мельницы, частоты вращения ротора и количества ребер, установленных в полости ротора.

3. Усовершенствованная теоретическая модель движения измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы вертикального типа учитывает форму ротора в виде полого перевернутого усеченного конуса и установку в его полости радиальных ребер.

4. Впервые с учетом блокировки кольцевого зазора между подвижными и неподвижными элементами центробежной мельницы вертикального типа установлена доля участия просеивающих поверхностей, размещенных в периферийной нижней части рабочего пространства, в общем процессе эвакуации готового продукта.

Научное значение работы:

1. Установленные зависимости производительности центробежной мельницы вертикального типа по готовому продукту, а также мощности, затрачиваемой на измельчение материалов, позволяют прогнозировать расход электроэнергии при достижении той или иной производительности.

2. Установленная зависимость выхода расчетных классов - 0,08 мм в выгрузке центробежной мельницы вертикального типа позволяет регулировать гранулометрический состав конечного продукта с целью снижения переизмельчения материала, что, в свою очередь, позволяет увеличить количество материала, эффективно участвующего в последующем процессе флотационного обогащения.

3. Выявленные кинематические и динамические параметры движения измельчаемого материала в корпусе и роторе центробежной мельницы вертикального типа позволяют определить скорость и направление движения слоев материала в любой точке рабочего пространства, энергетические затраты на их перемещение, влияние высоты столба материала на характер его движения в пространстве над ротором.

Практическое значение работы:

- разработаны методики испытания центробежной мельницы вертикального типа и конструктивные решения по эффективной эвакуации готового продукта из ее рабочего пространства;

- разработана программа расчета на ЭВМ для определения производительности центробежной мельницы и затрат мощности на измельчение минерального сырья, а также гранулометрического состава продуктов размола на языке программирования Pascal;

- предложена конструкция центробежной мельницы вертикального типа с размещенными в ее корпусе кольцевыми элементами, использование которой позволяет повысить производительность процесса измельчения минерального сырья и снизить переизмельчение готового продукта.

Лостоверность 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, подтвержденных актом внедрения. Все математические модели, представленные в диссертационной работе, адекватны экспериментальным данным с уровнем значимости 0,05.

Реализация выводов и рекомендаций. Основные рекомендации по реконструкции рабочего пространства центробежной мельницы, своевременной эвакуации готового продукта из центробежной мельницы, усовершенствованию конструкторской документации центробежной мельницы МВ-1 производительностью 5 т/ч, а также результаты по исследованию закономерностей измельчения минерального сырья в модернизированной центробежной мельнице приняты в 2011 г. к использованию ОАО «Кавказцветметпроект» при разработке новой технологической линии размола минерального сырья для получения порошковых продуктов с применением этих мельниц.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научном симпозиуме «Неделя горняка-2011», г. Москва, 2011 г.; на Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека» - Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности, г. Екатеринбург, 2011 г.; на II Международной научно-практической конференции «Молодые учёные в решении актуальных проблем науки», Владикавказ, 13-15 мая 2011; на VII Региональной школы-конференции молодых ученых «Владикавказская молодежная математическая школа», Владикавказ, 25-30 июля 2011 года; на научно-практической конференции, посвященной дню эколога «Природа. Общество. Человек», Владикавказ, 3 июня 2011 года; на заседаниях секции технологических машин и оборудования ежегодных научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ) 2009-2011 гг.; на расширенном заседании кафедры технологических машин и оборудования СКГМИ (ГТУ), 2011 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 12 статьях, из них 1 статья включена в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов, определенных ВАК РФ, а также получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, а также 5 приложений, изложенных на 146 страницах машинописного текста, и содержит 14 таблиц, 41 рисунок, список использованной литературы из 95 наименований.