Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Горные машины

Диссертационная работа:

Выскребенец Александр Степанович. Обоснование и выбор параметров дробильно-измельчительного комплекса для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения : диссертация ... доктора технических наук : 05.05.06 / Выскребенец Александр Степанович; [Место защиты: Сев.-Кавказ. гор.-металлург. ин-т].- Владикавказ, 2006.- 259 с.: ил. РГБ ОД, 71 07-5/637

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.
ВВЕДЕНИЕ 5

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДРОБИЛЬНО-

РАЗМОЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УГЛЕРОДИСТЫХ
МАТЕРИАЛОВ 12

1.1. Сущность и технологическое назначение процессов дробления

и измельчения 12

  1. Основные виды дробильно-измельчительного оборудования, применяемого при обработке углеродистых материалов 14

  2. Общая оценка мельниц, применяемых в практике, и основные тенденции развития измельчительной техники 25

  3. Выбор направления исследования и его основные задачи 42

  4. Системный подход к выбору параметров дробильно-измельчи-тельной установки (ДИУ) на базе способа динамического самоизмельчения 43

  5. Гидродинамическая модель движения материала в центробежной мельнице 45

  6. Сыпучая среда как основа для аналитического описания внутри мельничной загрузки 48

  7. Основные характеристики зерновой смеси 50

  8. Разрушение углеродистых материалов в центробежных мельницах. 53

Глава 2. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕЛЬНИЦЫ 63

  1. Задачи расчетно-теоретического исследования 63

  2. Скоростные режимы работы мельницы 63

  3. Оптимальный скоростной режим ротора в зависимости от прочности материала 75

  4. Крутящий момент на валу ротора 80

  5. Определение производительности мельницы 99

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ДИНАМИЧЕСКОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В МЕЛЬНИЦЕ МАЯ 111

  1. Задачи экспериментального исследования 111

  2. Лабораторные экспериментальные установки и приборы 111

  3. Определение оптимального давления слоя материала на чашу ротора 120

  4. Влияние влажности на процесс измельчения 124

  5. Исследование частоты вращения ротора 129

3.5.1. Оптимальная скорость ротора с учетом прочности измельчае
мого материала 131

  1. Предельная крупность исходного питания 136

  2. Крутящий момент на валу ротора 140

  3. Исследование коэффициента внутреннего трения в зернистом углеродистом материале 140

  4. Исследование производительности 148

Глава 4. КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ИСПЫТАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА МЕЛЬНИЦЫ
ДИНАМИЧЕСКОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ 154

  1. Принципиальная схема компоновки экспериментально-промышленного образца мельницы динамического самоизмельчения 154

  2. Последовательность расчета основных параметров 154

  3. Конструкция экспериментально-промышленного образца мельницы динамического самоизмельчения МАЯ-К-10 159

  4. Промышленные испытания экспериментального образца мельницы динамического самоизмельчения 162

  5. Износ рабочих органов мельниц динамического самоизмельчения. 172

Глава 5. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И КОНСТРУКТИВНАЯ

РАЗРАБОТКА ДРОБИЛЬНО-ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗЕРНОВЫХ ФРАКЦИЙ УГЛЕРОДИСТЫХ
МАТЕРИАЛОВ 179

  1. Дробильно-измельчительная установка для подготовки зерновых фракций углеродистых материалов 179

  2. Определение основных параметров дробильно-измельчительной установки 184

  1. Параметры полостей дробления 184

  2. Пропускная способность камер дробления 193

  3. Определение крутящего момента, расходуемого в кольцевой 195 щели 203

  1. Давление столба материала

  2. Оптимальная частота вращения ротора для измельчения термо- 203 антрацита 204

  3. Мощность на валу ротора 205

  4. Общая производительность мельницы 212

  5. Рекомендации по защите рабочих органов мельницы (МАЯ, ДИУ)

214
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 230

ПРИЛОЖЕНИЯ 31

1-3. Результаты обработки экспериментальных данных на ЭВМ... 234

  1. Акт внедрения

  2. Протокол технического совещания при главном конструкторе 235 Днепропетровского завода металлургического оборудования....

  3. Протокол рассмотрения рабочего проекта мельницы динамиче- 236 ского самоизмельчения МАЯ-К-10 238

  4. Программа приемочных испытаний мельницы МАЯ-К-10 240

  5. Протокол приемочных испытаний МАЯ-К-10

  6. Результаты замеров технологических параметров мельницы 243

  7. МАЯ-К-10

  8. Акт приемки мельницы динамического самоизмельчения 244 МАЯ-К-10 в опытную эксплуатацию 245

11-13. Протоколы заседаний технических советов

  1. Протокол объединенного заседания механоремонтной и обогатительной секций технического совещания при главном механи- 251 ке НГМК (г. Норильск)

  2. Акт внедрения дробильно-измельчительной установки ДИУ-4,5 252 наССЦК

  3. Справка о практическом использовании рекомендаций диссер- 253 тационной работы АО «Агат» 254

  4. Результаты исследований в среде «MATHCAD 12»

Введение к работе:

Процессы дробления и измельчения материалов занимают важное место в различных отраслях производственной деятельности. Особенно важную роль дробление и измельчение играет в горно-рудной и угольной промышленности при обогащении полезных ископаемых, в цветной и черной металлургии при подготовке шихтовых материалов, при производстве электродов, в топливно-энергетическом комплексе, в производстве строительных и химических материалов. Дроблению и измельчению ежегодно подвергаются миллионы тонн материалов, потребляя при этом порядка 10 % производимой в мире электроэнергии [1-3].

В связи с переходом на угольное топливо происходит непрерывный рост объемов обогащаемых углей. Процессы дробления и измельчения занимают значительное место в технологических схемах обогащения углей, их брикетирования, коксования, выпуска сортовых углей, переработке отходов гравитационного обогащения, окомкования рудного сырья.

Измельчение углей и на их основе углеродистых материалов является главной технологической операцией в производстве электродных, огнеупорных, электроугольных изделий, химически стойких и антифрикционных материалов, в теплоэнергетике, графитированных блоков и деталей для атомной энергетики, электродных масс для алюминиевой промышленности, подготовке угольного топлива в теплоэнергетике.

Роль угля в топливно-энергетическом комплексе России весьма существенна, так к 2020 г. его доля должна составить до 44 %. Запасы нефти в России обеспечены на 20 лет, угля - на 500 лет. Почти половину мирового производства тепла и электроэнергии обеспечивает уголь. В топливно-энергетическом балансе США уголь составляет 56 %, в Германии - 55 %, в Китае - 70 %, в Польше-90% [4].

Широкая область использования углеродистых материалов определяет различные требования к гранулометрическому составу продуктов дробления и измельчения. Так, при окомковании рудного сырья требуется антрацит с разме-

ром зерен -3+0, при изготовлении анодной массы - 8+0, для сжигания углей в барабанных сушилках и трубчатых печах требуется тонкий помол.

Ежегодно миллионы тонн угля измельчаются в различных типах мельниц. Большое разнообразие применяемого дробильно-измельчительного оборудования объясняется различными физико-механическими характеристиками перерабатываемых углеродистых материалов. Все электродные и электроугольные материалы, а также ископаемые угли в основном содержат углерод. Значительное отличие физико-механических свойств углеродистых материалов объясняется величиной и группировкой отдельных кристаллов и особенностью кристаллической структуры. Процессы изготовления всех видов углеграфитовых изделий происходят в твердом состоянии из зернистых углеродистых материалов.

Существенное значение на качество продукции оказывает гранулометрический состав шихты, соотношение классов и вид углеродистых материалов [5, 6]. Учитывая отличия физико-механических свойств углеродистых материалов и требования к гранулометрическому составу для их дробления и измельчения, используют различные типы дробильно-размольного оборудования.

Практически все отделения подготовки зернистых материалов характеризуются громоздкостью, наличием большого количества дробильно-измельчительного, транспортирующего и просеивающего оборудования, и как следствие, высоким уровнем капитальных вложений и расходов на эксплуатацию.

Актуальность проблемы. Применяемое в настоящее время дробильно-измельчительное оборудование характеризуется значительным износом высококачественной стали, удельным расходом электроэнергии на тонну готовой продукции [7, 8]. В горно-рудной промышленности расходуется на измельчение около 40 % от всей используемой энергии, при производстве углеграфитовых изделий - около 60 %.

Учитывая низкий к.п.д. используемого в настоящее время дробильно-измельчительного оборудования (менее 1 %), большие объемы перерабатываемых углеродистых материалов, усовершенствование существующего и разработка принципиально нового оборудования является актуальной проблемой.

Перспективным направлением в развитии измельчительной техники является совершенствование и создание мельниц, в основу которых положен принцип самоизмельчения. Мельницы самоизмельчения отличает отсутствие мелющих тел, значительное сокращение износа металла, более высокая удельная производительность [9-11].

Однако широко известные барабанные мельницы самоизмельчения не нашли применения в практике измельчения углеродистых материалов. Наибольший интерес представляет мельница принудительного самоизмельчения, разработанная в Днепропетровском горном институте (а. с. № 606615, Крюков Д.К.), которая характеризуется преимущественно статическими нагрузками на разрушаемый материал.

Одним из современных направлений в технике измельчения материалов является разработанный в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте способ динамического самоизмельчения и создаваемые на его основе мельницы динамического самоизмельчения типа МАЯ (мельница А. Ягупова), которые относятся к классу центробежных мельниц [12 - 16]. Отличительной особенностью мельниц МАЯ является интенсивное динамическое воздействие на разрушаемый материал, вызывающее его самоизмельчение.

Следует отметить высокую эффективность работы мельницы на углеродистых материалах. Это прежде всего в несколько раз меньший удельный расход электроэнергии, меньшая металлоемкость, незначительный расход металла по сравнению с шаровыми барабанными и молотковыми мельницами. К недостаткам мельниц динамического самоизмельчения следует отнести переизмельчение твердых материалов, невозможность регулировки крупности готового продукта и получения зерновых фракций.

Цель работы - обоснование и выбор параметров центробежных дробильно-измельчительных комплексов для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения.

Идея работы - теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение эффективности применения дробильно-измельчительных машин на ба-

зе мельниц динамического самоизмельчения, сочетание в одной установке процессов дробления и измельчения.

Методы исследований. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований на основании опыта промышленной эксплуатации мельницы динамического самоизмельчения МАЯ-К-10 и дробильно-измельчительной установки ДИУ-К-6.

Дан анализ литературных и патентных источников. Рассмотрены вопросы теоретического обоснования и выбора основных параметров сухого измельчения углеродистых материалов. Экспериментальные данные обработаны с использованием численных методов и ЭВМ. Лабораторные и промышленные испытания проводились по методике планирования экспериментов, с последующей обработкой на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые в работе

1. Скоростные режимы движения кусков материала в дробильно-
измельчительных установках и мельницах МАЯ, реализующих способ динами
ческого самоизмельчения, определяются соотношением вертикальной состав
ляющей вектора центробежной силы, действующей на кусок, и вектором силы
тяжести от столба материала. В зависимости от этого соотношения различают:
режим без циркуляции в вертикальной плоскости, режим динамического само
измельчения с циркуляцией материала в вертикальной плоскости и режим с
критической частотой, при которой весь материал выбрасывается из ротора.

  1. Граничные значения скоростных режимов определяются размерами установки, степенью заполнения корпуса измельчаемым материалом и его физико-механическими характеристиками: коэффициентом внутреннего трения, крупностью кусков, относительной влажностью.

  2. Производительность установок по исходному углеродистому материалу преимущественно определяются типоразмером установки, величиной разгрузочной щели, скоростью ротора, измельчаемостью материала, его прочностными характеристиками. При этом для сухого помола углеродистого сырья отно-

сительная влажность не должна превышать 6 %, а максимальная крупность кусков исходного материала не должна превосходить одной десятой диаметра ротора.

  1. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что величина момента на валу ротора дробильно-измельчительных установок и мельницы МАЯ зависит от их типоразмера, скоростного режима, коэффициента внутреннего трения материала, прочности частицы, разрушаемой в полостях дробления кольцевого зазора, и носит монотонный возрастающий характер.

  2. Зависимость энергоемкости измельчения от основных параметров процесса носит экстремальный характер с минимальными значениями, соответствующими началу режима динамического самоизмельчения.

7. Зерновые фракции углеродистого сырья целесообразно получать на дробильно-измельчительных установках, созданных на основе способа динамического самоизмельчения, а пылевые фракции - в мельницах МАЯ. При необходимости получения сложного гранулометрического состава целесообразно объединять эти машины в последовательную технологическую линию.

Научная новизна

  1. Выявлена закономерность скоростного режима с учетом параметров ротора, высоты слоя материала; характеристик разрушаемого материала; коэффициента внутреннего трения, предела прочности и размера кусков, поступающих в установку.

  2. Доказано что, оптимальный режим динамического самоизмельчения может быть реализован при давлении столба на чашу ротора в пределах от 4 до 6 кПа, влажности исходного материала до 6 %, независимо от размера разгрузочной щели, крупности кусков исходного материала не более 0,1 диаметра ротора.

3. Экспериментально установлена зависимость производительности от
площади разгрузочной щели, скорости ротора, крупности и прочности материа
ла, типоразмера установки.

4. Разработана методика определения крутящего момента и мощности на
валу ротора и их составляющих на основании силового взаимодействия мате
риала, находящегося в роторе, над ротором, в камерах дробления кольцевой
щели, с силовыми элементами дробильно-измельчительного комплекса.

Научное значение

  1. Выявленная зависимость скоростного режима от параметров ротора, высоты слоя материала, коэффициента внутреннего трения, предела прочности и размера кусков разрушаемого материала позволила определить оптимальную частоту вращения ротора, рационально использовать управляемые параметры для оптимизации процесса разрушения.

  2. Установленные закономерности режима динамического самоизмельчения от давления столба материала на чашу, влажности и крупности исходного материала позволили определить диаметр ротора в зависимости от крупности разрушаемого материала; высоту корпуса ДИУ и МАЯ - в зависимости от вида разрушаемого материала; размер разгрузочной щели - от предельного содержания влаги в исходном материале.

  3. Полученная зависимость производительности от площади разгрузочной щели, скорости ротора, типоразмера установки, физико-механических характеристик разрушаемого материала позволила разработать методику расчета производительности как общей, так и по узкому классу крупности.

  4. Выведенная зависимость момента на валу ротора позволила определить значение момента на преодоление силы трения между слоями материала, а также сопротивления от разрушения материала в полостях дробления и на сообщение материалу необходимой угловой скорости.

Практическое значение работы

  1. Определено оптимальное воздействие управляющих факторов на процесс разрушения материала в дробильно-измельчительном комплексе.

  2. Разработана методика расчета и выбора основных технологических и конструктивных параметров в центробежных дробильно-измельчительных комплексах.

  3. Разработаны рекомендации по защите от износа основных рабочих элементов ротора, статора, камер дробления.

4. Разработаны рабочие чертежи, а также изготовлены опытно-
промышленные образцы МАЯ-К-10 и ДИУ-К-6 с последующим изготовлением
опытной партии машин.

Реализация выводов и рекомендаций

Разработан комплект конструкторской документации для изготовления опытно-промышленного образца мельницы динамического самоизмельчения МАЯ-К-10, который был реализован на Днепровском электродном заводе.

По результатам исследований и опытно-промышленной эксплуатации мельниц МАЯ-К-10 на углеродистых материалах разработана методика расчета основных технологических и конструктивных параметров мельницы, которая использована Днепропетровским заводом металлургического оборудования (ДЗМО) при проектировании и изготовлении опытной партии мельниц МАЯ-К-10.

Для получения зерновых фракций построена и прошла опытно-промышленную эксплуатацию дробильно-измельчительная установка ДИУ-К-6 на Садонском свинцово-цинковом комбинате.

Рекомендации по проектированию дробильно-измельчительной установки использованы АО «Агат» (ранее Георгиевский ремонтно-механический завод) при изготовлении промышленной партии мельниц центробежного типа.

Апробация работы

Результаты исследований, выполненных в диссертационной работе, были доложены на ежегодных научно-технических конференциях и расширенных заседаниях кафедр технологических машин и оборудования, технологии разработки месторождений СКГМИ (ГТУ) (секция горной механики и технологических машин и оборудования); на объединенном заседании механоремонтной и обогатительной секций технического совещания при главном механике Норильского горно-металлургического комбината; на заседании технического Совета Братского алюминиевого завода; на Уральском семинаре «Механика и процессы управления» (Екатеринбург, 2001 г., Уральское отделение РАН).

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Содержит 229 страниц текста, 53 таблицы, 55 рисунков.

Подобные работы
Титов Сергей Владимирович
Обоснование и выбор критериев оценки параметров угледобывающих комплексов с целью повышения эффективности их применения
Гаврилова Людмила Анатольевна
Обоснование и выбор параметров и структуры спуско-подъемного комплекса установок для ремонта глубоких скважин
Бродский Григорий Семенович
Обоснование, выбор параметров и разработка систем фильтрации рабочих жидкостей для гидрофицированных горных машин
Степанов Борис Львович
Обоснование и выбор параметров дугового грохота для разделения гранитного сырья
Козлов Валерий Владимирович
Обоснование и выбор параметров выемочно-доставочной подсистемы агрегата для тонких пластов, обеспечивающих эффективную погрузку угля
Григорьев Александр Сергеевич
Обоснование и выбор параметров продавливающих установок для бестраншейной технологии строительства подземных инженерных коммуникаций
Сайдаминов Исохон Абдулфайзович
Обоснование и выбор параметров средств температурной адаптации гидрообъемных трансмиссий карьерного оборудования
Абдуазизов Набижон Азаматович
Обоснование и выбор параметров системы "гидробак-охладитель" гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна
Кузиев Дильшад Алишерович
Обоснование и выбор параметров гидроимпульсного привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна
Яхонтов Александр Александрович
Обоснование и выбор параметров динамических средств интенсификации послойного разрушения пород на карьерах

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net