Шаровая мельница с поперечно-продольным движением и рециклом загрузки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Соловьев, Олег Рудольфович

• Соловьев, Олег Рудольфович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соловьев, Олег Рудольфович

ВВЕДЕ11ИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ШАРОВЫХ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦАХ.

1.1. Анализ конструкций мельниц и направлений их совершенствования.

1.2. Конструктивные особенности впутримелышчных устройств.

1.3. Технологические особенности измельчения в шаровых барабанных мельницах.

1.4. Теоретические основы расчета технологических, конструктивных и энергетических параметров шаровых барабанных мельниц.

1.5. Предлагаемое конструктивно-технологическое решение.

1.6. Цель и задачи исследований.

1.7. Выводы.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ БАРАБАННЫХ МЕЛЬНИЦ С ЭНЕРГООБМЕННЫМИ И КЛАССИФИЦИРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.

2.1. Математическое онисапие движения мелющих тел в области влияния наклонной перегородки.

2.2. Вычисление максимальных объемов перемещаемой загрузки в зоне активного влияния наклонной перегородки на мелющие тела.

2.3 Вычисление максимального радиуса зоны активного влияния наклонной перегородки.

2.4. Вычисление минимального радиуса зоны активного влияния наклонной перегородки.

2.5. Математическое описание движения загрузки внутри мельничного классифицирующего устройства.

2.6. Затраты мощности шаровых мельниц, связанные с работой энергообменного и классифицирующих устройств.

2.7. Выводы.

ГЛАВА 3. ПЛАН, ПРОГРАММА И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. План и программа экспериментальных исследований.

3.2. Описание экспериментальной установки.

3.3 Методики проведения экспериментальных исследований и измерений

3.4. Характеристика исходного сырья.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Анализ результатов поисковых экспериментов.

4.2. Анализ результатов миогофакторпого эксперимента.

4.2.1. Влияние режима работы мельницы на потребляемую мощность привода.

4.2.2. Проверка адекватности теоретических и экспериментальных данных.

4.2.3. Влияние режима работы мельницы на ее производительность.

4.2.4. Влияние режима процесса измельчения па качество готового продукта.

4.2.5. Зависимость удельного расхода энергии от режима процесса измельчения.

4.2.6. Оптимизация уровней факторов в мельницах с поперечно-продольным движением загрузки.

4.2.7. Анализ дисперсных характеристик цемента.

4.3 Выводы.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

5.1. Конструкция промышленного образца мельницы.

5.2. Перспектива использования результатов работы.

5.3. Промышленное внедрение результатов работы.

5.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Шаровая мельница с поперечно-продольным движением и рециклом загрузки»

В настоящее время в Российской Федерации происходит подъем строительной индустрии, что приводит к потребности постоянного увеличения объемов производства строительных материалов. Тем не менее, па сегодняшний день строительный комплекс ощущает недостаток более 12 млн. т цемента в год.

К 2008 г. для обеспечения внутреннего рынка страны по планам правительства РФ годовой выпуск портландцемента необходимо увеличить до 70 - 80 млн. т в год.

С учетом нынешнего состояния цементной промышленности - это достаточно сложная задача, т.к. изиос основных фондов по оценке отраслевых экспертов составляет более 70 %. За период с 1992 г по настоящее время в цементной промышленности введено лишь две технологические линии общей мощностью около 1 млн. т. [55].

Серьезной проблемой, усугубляющей ситуацию в отрасли, является сезонный характер работ, что зачастую приводит к аварийным ситуациям из-за повышенного износа оборудования. Рентабельность цементного производства по данным Госстроя РФ составляет около 10%. Этих средств недостаточно для внедрения современного технологического оборудования [55].

Проблема отрасли усугубляется тем то, что за годы проведения реформ в России прекратили работу практически все отраслевые научно-исследовательские, технологические и проектные институты, почти утрачено отраслевое машиностроение.

Эксперты сходятся во мнении, что кроме необходимости крупных инвестиций в отрасль, частичное улучшение ситуации возможно за счет модернизации существующего парка машин, повышения эффективности его использования с использованием научно обоснованных и эффективных мероприятий.

Одним из основных технологических переделов, формирующих строительно-технологические свойства цемента, является iiomoji. Известно, что помол является весьма энергоемкой технологической операцией. Так, в цементной промышленности общие затраты энергии па производство 1 т цемента составляют в среднем 110-130 кВт-ч, в том числе па помол сырья и клинкера 45-55 кВг-ч, т. е. примерно 50 %. Вместе с тем, высокая прочность измельчаемых материалов приводит к ускоренному износу мелющих тел и других рабочих органов, что отражается па металлоемкости измельчительпых процессов и в целом па их стоимости. Однако, задавая удельную поверхность, зерновой состав, вводя различные добавки, можно в процессе помола в широких пределах регулировать свойства цемента.

На сегодняшний день машиностроительной промышленностью освоен выпуск машин и оборудования для тонкого измельчения материалов различного типа и назначения. В России и за рубежом проводится большая работа по совершенствованию существующих конструкций машин и созданию нового оборудования. Предлагаемые новые модификации мельниц позволяют обеспечить снижение себестоимости продукции при одновременном повышении ее качества, сократить эксплуатационные расходы, составляющие значительную часть общих расходов на переработку сырья.

Однако следует отмстить, что как в РФ, так и в странах СНГ помол портлапдцемептного клинкера осуществляют преимущественно в шаровых барабанных мельницах (ШБМ). Повышение эффективности работы этого агрегата является одной из задач, решение которой приведет к росту объемов выпуска и повышению качества продукции цементных предприятий.

Постоянно возрастающие потребности в строительных материалах, и особенно цемента заставляют производственников и исследователей искать новые энергосберегающие технологии помола, заниматься разработкой более эффективного оборудования [17, 19,23, 52, 67, 68, 110, 122, 123].

Совершенствование конструкций шаровых барабанных мельниц, установление рациональных режимов их работы при одновременном снижении энергетических затрат и повышении качества производимых цементов требуют проведения дальнейших исследований в этом направлении

Цслыо настоящих исследований является обеспечение повышения тонкости помола цемента и снижение удельных энергозатрат в открытом цикле измельчения за счет усовершенствования впутримельпичпых устройств шаровой барабанной мельницы; разработка методик расчета кинематических конструктивных, технологических и энергетических параметров мельницы с поперечно-продольным движением и рециклом мелющих тел и измельчаемого материала.

Задачи исследований.

1. Разработать методику расчета конструктивно-технологических и кинематических параметров 11ШМ с поперечно-продольным движением и внутренним рециклом загрузки (мелющих тел и измельчаемого материала).

2. Разработать математические модели движения мелющих тел в области влияния наклонной межкамерпой перегородки и в элементах виутримелышчпого устройства с рециклом загрузки и методику расчета мощности шаровой барабанной мельницы в условиях нопсрсчпо-нродольного движения и внутреннего рецикла загрузки.

3. Создать экспериментальную модель мельницы с виутримельпичиыми устройствами и разработать методики исследований ШБМ с потоками рециркуляции в камере тонкого помола.

5. Исследовать влияние режимов работы впутримельпичпых устройств ШБМ на эффективность процесса измельчения.

6. Выявить рациональные конструктивные и технологические параметры ШЬМ с поперечпо-продольпым движением и рециклом загрузки.

7. Внедрить в промышленных условиях патентно-чистую конструкцию шаровой барабанной мельницы с поперечно-продольным движением и внутримелышчным рециклом загрузки.

Научная новизна заключается в разработке: - математической методики расчета кинематики процесса движения мелющих тел с учетом конструктивных особенностей впутримельпичпых устройств и режима работы шаровой барабанной мельницы;

- методики расчета максимальных объемов перемещаемой загрузки в зоне активного влияния наклонной перегородки иа мелющие тела;

- энергетического баланса работы мелющих тел с учетом их нонеречпо-продольиого движения и рецикла загрузки, позволяющего рассчитывать потребляемую мощность привода шаровой барабанной мельницы;

- уравнений регрессии, учитывающих конструктивно-технологические особенности предложенной конструкции мельницы, позволяющих рассчитать рациональные параметры натурного образца шаровой барабанной мельницы предложенной конструкции;

- новой патентно-чистой конструкции шаровой барабанной мельницы с нонеречпо-продольпым движением и рециклом загрузки.

Практическая ценность работы заключается в методике расчета основных конструктивно-технологических параметров процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице, оснащенной устройством для организации понеречпо-продольного движения мелющих тел и рецикла измельчаемого материала и рекомендациях но выбору оптимальных технологических режимов ее работы в технологии производства портландцемента. По результатам работы разработана новая конструкция виутримелышчиого устройства с поперечно- : продольными движениями мелющих тел виутримелышчиого рецикла измельчаемого материала, иа которое получено положительное решение от 20.07.2006г. № 2006126388/22(028649).

Реализации работы. Диссертационная работа выполнялась в БГТУ им. В.Г. Шухова в рамках хозяйственных договоров с цементными заводами. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса измельчения в ШБМ, методики расчета рациональных конструктивных и режимных параметров, разработанный вариант устройств для осуществления поперечно-продольного движения и виутримелышчиого рецикла внедрены в промышленных условиях в ПРУП «Кричевцементошифер» (г. Кричев, Могилевская обл., Республика Беларусь), а также в учебном процессе Белгородского государственного технологического университета имени

IÎ.Г. Шухова па кафедре «Механического оборудования предприятий промышленности строительных материалов».

Диссертационная работа рассмотрена и одобрена па заседании кафедры «Механическое оборудование производства строительных материалов, изделий и конструкций» в октябре 2006 года.

Основные результаты исследований докладывались па научно-практических конференциях, проводимых в БГТУ им. В.Г. Шухова: VII региональной научно-практической конференции «Молодые ученые - науке, образованию, производству» (2004г.), Международной научно-практической конференции «Современные технологии промышленности строительных материалов и стройипдустрии» (2005г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, получено положительное решение о выдаче патента РФ па полезную модель № 2006126388/22(028649) от 20.07.2006 г.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Работа включает 182 страницы, в том числе 155 страниц машинописного текста, 6 таблиц, 46 рисунков, список литературы из 124 наименований и приложения па 2 страницах.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Соловьев, Олег Рудольфович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведенный аиализ состояния и направлений развития шаровых барабанных мельниц и технологии измельчения в них позволил выявить, что к настоящему одним из перспективных направлений повышения эффективности эксплуатации шаровых барабанных мельниц является создание и внедрение в промышленную практику эффективных конструкций впутримелышчпых устройств позволяющих повысить КПД помольного агрегата.

2. Получены аналитические выражения для описания траектории движения мелющих тел в мельницах с поперечно - продольным движением загрузки, учитывающие исходное положение любого из мелющих тел и действие всех сил, определяющих интенсивность и характер движения шаров.

3. Определены объемы загрузки перемещаемой наклонной перегородкой в каждой из камер мельницы. Установлены параметры зон активного влияния НМГ1 на загрузку. Вычислены их максимальные и минимальные радиусы с учетом конструктивных параметров мельницы и режима ее работы. N

4. Аналитически описано движение загрузки внутри трубы рецикла с учетом всех основных факторов, влияющих на режим работы мелющих тел. Получены выражения для определения дополнительно потребляемой мощности, расходуемой на продольное движение мелющих тел и их движение в трубе рецикла с учетом диаметров трубошнека и лифтеров, угла наклона винтовой линии трубошнека и частоты вращения барабана мельницы.

5. Па основании реализации плана миогофакториого эксперимента получены уравнения регрессии (Р; Q; Б)=/((р1; ср2; у/; и). Выявлено влияние исследуемых факторов па формирование функций отклика. Дана оценка влияния, как отдельных факторов, так и эффектов взаимодействия, па уровни параметров оптимизации.

6. Проведена оптимизация уровней факторов <р]; ср2; у; и при минимизации Р, с{ в условиях максимума 5 и Для этих условий получены конкретные величины уровней факторов. Так, для цемента с 8-450 м2/кг оптимальным является следующий режим работы мельницы: $¡=0,3; (р2=0,11(рг, у=0,77пкр\ и=0,87 м/с. В этом случае Р=2,05 кВт; ()=0,27 кг/мин; <7=7,5 кВт-мип/кг; 1*008=0,1 %.

7. Анализ дисперсных характеристик проб цемента полученного в шаровых барабанных мельницах с поперечпо-продольпым движением мелющих тел и рециклом измельчаемого материала показал, что возможно получение цемента с удельной поверхностью до 800 м /кг и регулирование топкости помола в широких пределах, причем по энергетическим затратам и качеству цемент превосходит показатели цемента, полученного в мельницах замкнутого цикла измельчения.

8. Разработана принципиально новая конструкция шаровой барабанной мельницы с поперечпо-продольпым движением и рециклом загрузки, позволяющая повысить эффективность процесса измельчения. Конструкция защищена положительным решением о выдаче патента РФ на полезную модель № 2006126388/22(028649) от 20.07.2006 г.

9. Промышленное внедрение результатов работы на ПРУГ1 «Кричевцементошифер» (Республика Беларусь) на цементной мельнице 03x14м, подтвердило эффективность применения разработанной конструкции. Расчетные значения годовой экономии при планируемом одновременном улучшении качества цемента: электроэнергии - 80000 кВт; мелющих тел - 55 - 60 т; рост выработки цемента - 60000 т в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соловьев, Олег Рудольфович, 2006 год

1.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых / С.Е. Андреев, В.В. Зверевич, В.А. Перов. - М.: Недра, 1980. -415с.

2. A.c. 831171 СССР, МКИ В 02 С 17/06. Барабанная многокамерная мельница / В.С.Богдапов, Н.С.Богдапов, Д.Н.Солодовников; БТИСМ им. И.А.Гришмаиова- 2796010/29-33; Заявлено 17.07.1979; Опубл. 23.05.1981; Бюл. №19.-С.З.

3. A.c. 1678448 СССР, МКИ В 02 С 17/00 Шаровая Мелышца / B.C. Богданов, С.Ф.Зеленков, Ю.М.Фадии и др; БТИСМ им. H.A. Гришмапова-Опубл. 15.07.91, Бюл. № 35-С.6.

4. A.c. 583718 СССР, МКИ В 02 С 17/06. Трубная мелышца / Беиг Херпинг; Ф.Л. Смидт и КО А/С.- 2010873/29-33; Заявлено 21.03.74; Опубл. 05.12.1977; Бюл. №45.-С.5.

5. Акунов В.И. Современное состояние и тенденции совершенствования молотковых дробилок и мельниц / В.И. Акунов // Строительные и дорожные машины. 1995.-№ 1.-С. 11-13.

6. Алабужев U.M. Теория подобия и размерностей. Моделирование / П.М. Алабужев, В.Б. Геропимус, Л.М. Минкевич и др. М.: Высшая школа, 1968.-208 с.

7. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента / В.И. Асатурян М.: Радио и связь, 1983. - 248 с.

8. Бауман В.А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций: Учебник для строительных вузов / В.А. Бауман, Б.В.Клушанцев, В.Д. Мартынов. М.: Машиностроение, 1981.-324 с.

9. Богданов B.C. Новое впутримелышчпое классифицирующее устройство для шаровых трубных мельниц / В.С.Богдапов, Ю.М.Фадии, В.Г.Дмигриепко, С.С.Латышев, И.С.Сыроватский // Вестник БГТУ им.В.Г. Шухова, 2003.- №6.- Ч. III.- С.254 257.

10. БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004.- С27-31.

11. Богданов B.C. Повышение эффективности работы трубных мельниц открытого цикла измельчения / B.C. Богданов, Ю.М.Фадип, С.С. Латышев, и др. // Цемент и его применение, 2005 №1.- С.49 - 53.

12. Богданов B.C. Снижение энергоемкости процесса измельчения /

13. B.C.Богданов, B.C.Платонов, Н.С.Богданов // Цемент, 1984- №121. C.7-9.

14. Богданов B.C. Трубные шаровые мельницы с внутренним рециклом /

15. B.C. Богданов, B.C. Севостьяпов, B.C. Платонов // Цемент, 1989 №11. C.15- 16.

16. Богданов B.C. Шаровые барабанные мельницы (с поперечно-продольным движением загрузки) / B.C. Богданов//.- Белгород: БелГТАСМ, 2002285 с.

17. Богданов B.C. Определение длин камер трубных мельниц с наклонными перегородками / В.С.Богданов, Н.Д.Воробьев // Цемент, 1986 №7-С.10-12.

18. Богданов B.C. Барабанные мельницы с поперечно-продольным движением мелющих тел: Автореф. дис. док. техп. наук: 05.02.16 / B.C. Богданов // БТИСМ. Белгород, 1986. - 48 с.

19. Велецкий Р.К. Измерение параметров пылегазовых потоков в черной металлургии / Р.К. Велецкий, Н.Н. Григина- М.: Металлургия, 1979- 80 с.

20. Вердиян М.А. Оптимизация процесса измельчения в цементных мельницах: Автореф. дисс. . канд. техн. наук / НИИЦемепт М., 197120 с.

21. Воробьев Н.Д. Теория и численные методы расчета конструктивно-технологических и энергетических параметров шаровых мельниц с наклонными перегородками: Автореф. дис. . каид. техн. наук: 05.02.16 / Н.Д. Воробьев // БТИСМ. Белгород, 1986. - 18 с.

22. Глухарев Н.Ф. Повышение производительности цементных мельниц сиспользованием устройства «Экофор»/ Н.Ф. Глухарев // Цемент и его применение, 2000 № 1.- С.20 - 22.

23. Глухарев Н.Ф. Технология «ЭКОФОР» за рубежом/ Н.Ф. Глухарев // Цемент и его применение, 2003.-№1.-С.23 -25.

24. Глухарев Н.Ф. Энергосбережение в производстве цемента с использованием устройства «Экофор» / Н.Ф. Глухарев // Цемент и его применение, 2002.-№ 1.- С. 19 21.

25. Григорьев A.M. Винтовые конвейеры. / A.M. Григорьев //- М.: Машиностроение, 1972 184 с.

26. Григорьев A.M. К вопросу о расчете грузовых винтов. / A.M. Григорьев // Труды Казанского химико-технологического института им. С.М. Кирова Казань, 1957.- Вып.22.- С.59 - 62.

27. Григорьев A.M. О наклоне шнека. / A.M. Григорьев // Труды Казанского химико-техпологического института им. С.М.Кирова.- Казань, 1957-Bbin.22.-C.63-75.

28. Григорьев A.M. Элементы теории винтовых конвейеров. / A.M. Григорьев //- Казань: КХТИ, 1957. 73 с.

29. Движение тела в лифтере внутримельничпого классифицирующего устройства трубной шаровой мельницы / Н.Д. Воробьев, В.П. Воронов, Ю.М.Фадип, С.С.Латышев, Д.В.Богданов // Вестник БГТУ им.В.Г. Шухова, 2005.-№11.-4. III.-С. 149- 153.

30. Дешко 10.И. Измельчение материалов в цементной промышленности / Ю.И. Дешко, М.Б.Креймер, Г.С. Крытхип.-М.: Стройиздаг, 1966. 275 с.

31. Дорохов H.H. Исследование струйного измельчения и его перспективы в цементной промышленности / И.Н.Дорохов, Д.И.Эскип, Е.В.Щеголяев // Цемент, 1995.-№2.-С.34-36.

32. Дуда В. Цемент / Пер. с нем. Е.Ш. Фельдмана М.: Стройиздат, 1981. -464 с.

33. Дун И.Ф. Влияние профиля футеровки барабана па процесс измельчения и износа в шаровой мельнице / И.Ф. Дун, В.А. Цукермап // Бюллетень "Обогащение руд", 1974.-№3 С.30 - 35.

34. Евневич A.B. Грузоподъемные и транспортирующие машины па заводах строительных материалов 2-е изд., испр. и доп. / A.B. Евневич //- М.: Издательство машиностроительной литературы., 1962.-365 с.

35. Журавлёв В.М. Безболтовое крепление бропефутеровки шаровых35