УДК 621.926.9
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ МЕЛЬНИЦ УДАРНОГО ИМПУЛЬСА (МУИ) С РАЗЛИЧНОЙ ФОРМОЙ И РАСПОЛОЖЕНИЕМ БИЛОВ
Калихан Е., Бекетова М.С.
Карагандинский государственный технический университет, Караганды Научные руководители – д.т.н., профессор Байджанов
Д.О., к.т.н., профессор Сихимбаев С.Р.
В условиях двойного удорожания цемента в нашей стране, которого катастрофически не хватает, имеет смысл обратить внимание на исследования в области проблемы механической активации строительных материалов с целью повышения прочности изделий.
Сверхтонкое измельчение твѐрдых строительных материалов в промышленных масштабах, является важнейшей практической задачей для многих современных технологий.
В настоящее время на рынке сверхтонкого измельчения работают мельницы, которые имеют ряд недостатков, выраженные в абразивном износе рабочих органов, в частности, билов.
Значительной абразивной способностью обладают все массовые строительные материалы.
Мельница ударного импульса (МУИ), разработанная в ТОО НПО «Прогрессивные новые технологии», в основном работает на помоле отходов металлургической промышленности и, учитывая его огромные запасы в Республике Казахстан (около 200 млн.
тонн и ежегодное его пополнение 10 млн. тонн). Даже незначительное увеличение коэффициента полезного действия, надѐжности и безотказности измельчительного оборудования, принесут огромную экономическую выгоду.
Недостаток надѐжности мельниц из-за ускоренного износа мелющих тел, может серьѐзно повлиять на работу всей технологической цепочки, являясь причиной значительных потерь рабочего времени. В шаровой мельнице износ шаров не влияет на прочность конструкции, а износ билов МУИ, являющиеся силовыми элементами, допустим только в пределах запаса прочности узлов мельницы.
При обработке материалов металлургической промышленности, имеющих поликристаллическое строение, размольная мощность МУИ в большей степени определяется скоростью свободного удара, нежели частотой ударных воздействий. Износ рабочих органов (билов) МУИ принципиально отличается от износа в агрегатах других конструкции мельниц тонкого помола.
В МУИ рабочий орган выведен из области самого интенсивного абразивного износа, что позволило получить минимальное истирание в этом классе мельниц, а помол металла рабочих органов в готовом продукте составляет менее 20 грамм на тонну исходного продукта (в шаровых мельницах износ достигает 150 грамм на тонну).
Цель исследования - разработка конструкции мельниц ударного импульса (МУИ) с различной формой и расположением билов.
Тонкость и качество помола материалов имеет важное значение для интенсификации различных технологических процессов. Кроме того, экспериментально установлено, что наблюдаемое изменение физико-химических свойств тонкоизмельченных материалов не может быть отнесено только за счет уменьшения размеров частиц. Наряду с диспергированием при механическом измельчении происходят значительные изменения кристаллической структуры поверхностных слоев частиц.
В последнее время для производства тонкодисперсного порошка нашли широкое промышленное применение мельницы интенсивного действия с высокой скоростью нагружения материала. Такими помольными установками являются МУИ, которые обладают относительно высокой удельной производительностью, низким удельным расходом энергии, малыми габаритами, а также способностью производить помол материала с естественной влажностью.
74
Однако при всех этих положительных чертах присутствуют и недостатки. Это, прежде всего, повышенный износ рабочих элементов, особенно при измельчении материалов средней и высокой твердости.
Измельчающим органом МУИ являются цилиндрические стержни-билы (билы), расположенные рядами по окружностям. Билы расположены со смещением на полшага в вертикальном направлении. Это позволяет сблизить оси вращения роторов так, чтобы окружности вращения билов пересекались как можно ближе, т.е расстояние от торца била до цилиндра второго ротора было бы минимальным. Вертикальный шаг билов также должен быть минимальным. При этом получаемый зазор между билами позволяет разрушать частицы с большей интенсивностью. Для увеличения кратности помола расположение билов по окружности может быть увеличено. Роторы вращаются в корпусе, который представляет собой два цилиндра, внутренний диаметр которых также обеспечивает минимальный зазор пространства разрушения. Расстояния между рядами билов выбраны таким образом, что частицы измельчаемого материала гарантированно получали по удару в каждом ряду билов.
Рис.7 Схема работы роторов 1 – формы билов; 2 – угол между билами
При помоле абразивные частицы, оставаясь целыми или разрушаясь упруго деформируют металл, при этом зѐрна могут вдавливаться, отскакивать, интенсивно изнашивая билы.
При обработке материалов металлургической промышленности, имеющих поликристаллическое строение, размольная мощность МУИ в большей степени определяется скоростью свободного удара, нежели частотой ударных воздействий. Износ рабочих органов (билов) МУИ принципиально отличается от износа в агрегатах других конструкции мельниц тонкого помола. В МУИ рабочий орган выведен из области самого интенсивного абразивного износа, что позволило получить минимальное истирание в этом классе мельниц, а помол металла рабочих органов в готовом продукте составляет менее 20 грамм на тонну исходного продукта.
Основным принципом измельчения в МУИ является самоизмельчение частиц, то есть их многократное взаимное столкновение друг с другом. Рабочим телом, инициирующим движение частиц, является воздух, который разгоняется вращающимися роторами, линейная скорость которых превышает 100 м/с. Минимальный износ билов обеспечивается конструкцией камеры измельчения, ротора, а также соответствующей конфигурацией и размерами других элементов мельницы. Все параметры МУИ являются расчетными и определяются в зависимости от свойств конкретного материала, необходимой степени измельчения, крупности исходного и готового продукта.
Абразивным материалом именуют материал естественного или искусственного происхождения, зерна которого имеют достаточную твердость и обладает способностью резания (скобления, царапания).
75
Абразивным изнашиванием называют разрушение поверхности детали в результате ее взаимодействия с твердыми частицами при наличии относительной скорости.
Сопротивление давления возникают потому, что воздушная среда обладает инерцией, мерой которой служит ее масса или массовая плотность. Когда тело движется в атмосфере, частицы воздуха должны расступаться, освобождая пространство для тела.
При этом они ускоряются и в соответствии с физическими законами Ньютона оказывают противодействие движущемуся телу. В результате такого противодействия и возникает сопротивление давления.
Аэродинамическое сопротивление рассчитываются по формуле:
,
где полное аэродинамическое сопротивление;
массовая плотность воздуха;
скорость движения;
площадь наибольшего поперечного сечения; Буквами в формуле обозначен безразмерный поправочный коэффициент,
называемый коэффициентом лобового аэродинамического сопротивления. Сопротивление очень сильно зависит от скорости движения: если, например, скорость увеличивается вдвое, то сопротивление возрастает вчетверо, при тройном увеличении скорости сопротивление возрастает в 9 раз!
Работа выполнена с целью разработки конструкции мельниц ударного импульса (МУИ) с различной формой и расположением билов. В ходе экспериментальных исследовании билов прямоугольной ударной формы, проведенные в ТОО НПО
«Прогрессивные новые технологии», мы выяснили, что они не имеют недостатков, так как условия их встречи с частицами обрабатываемого материала более стабильны, основной контакт происходит под прямым углом к рабочей поверхности ударных элементов и скольжение отсутствует.
На основании вышеизложенного следует, что уменьшение рядности ударных
элементов, при обеспечении прямоугольной ударной формы билов является оптимальным путем совершенствования МУИ, повышения их размольной мощности и ресурсов.
Литература
1. Брайтман В.М. Методы обобщенного моделирования химической технологии. //
Дис. докт. техн. наук. Л., 1977.
2. Кроу К. Математическое моделирование химических производств: Пер. с англ. М.:
Мир, 1973. 392 с.
3. Константинов В.Н., Левин А.А. Расчет производительности шнековых машин // Химическое машиностроение, 1962. № 3. С. 18-22.
