Измельчение 1

Предисловие

Решение противоречий между уменьшением источников природного сырья и растущими требованиями различных отраслей промышленности к количеству и качеству получаемой из этого сырья продукции, предопределяет необходимость интенсификации процессов его переработки. Развитие способов получения исходного сырья и комплексного его использования потребовали разработки многоступенчатых и комбинированных технологических схем, в которых реализуются сложные, часто нетрадиционные, процессы переработки мелкозернистых материалов. Развивающийся в последние десятилетия сырьевой и энергетический кризис потребовал концентрации научно-исследовательских сил для решения этих проблем. В области измельчения эти усилия направлены с одной стороны, на определение зависимости затрат труда (энергии) от объема измельченной массы, а с другой — на развитие методов техники и технологии измельчения, способствующих снижению энергоемкости процесса измельчения. В этой связи на первый план выдвигаются задачи технического и технологического плана, связанные, прежде всего, с проблемами управления процессом превращения энергии, используемой на измельчение сырья, характеризующегося высокой энергоемкостью. Промышленностью освоен выпуск большого количество разнообразного измельчительного оборудования и систем для сокращения размеров твердых материалов органического и минерального происхождения. В измельчительных установках, нашедших практическое применение, реализован, в основном, механический принцип разрушения. Элементарный акт преобразования подводимой к измельчительной установке энергии в энергию разрушения осуществляется возбуждением в частицах упругих контактных напряжений путем их сжатия, прямого или скользящего удара, предварительно ускоренным рабочим органом. Энергия упругой деформации, аккумулированная на эффективном участке разрушаемой частицы, может релаксировать различными путями в тепловую, химическую, ядерную (электронную) энергию с образованием энергонапряженных дислокаций и трещин. Решение проблемы интенсификации процесса переноса энергии в измельчаемом материале реализуется увеличением частоты механических воздействий рабочих органов и подводимой к ним мощности. Такое решение вполне естественно, в нем, несомненно, есть здравый смысл, однако такие возможности интенсификации процесса измельчения в целом часто весьма ограничены. Отсутствие прогресса в коренном усовершенствовании и (когда это становится необходимым) кардинальном изменении существующего технологического процесса получения тонкомолотого продукта приводит к тому, что, например, для решения задач по увеличению объема выпускаемой продукции и единичной производительности мельниц создаются гигантские весьма энерго- и материалоемкие установки огромной единичной мощности, работающие по традиционному, далекому от совершенства, технологическому принципу с традиционной формой преобразования подводимой к ним энергии. По конструктивному исполнению рабочих органов, определяющих способ преобразования подводимой к измельчительному аппарату мощности в энергию разрушения материала, различают: шаровые, стержневые мельницы, мельницы «Аэрофол», молотковые мельницы, дисковые мельницы с пальцами, мельницы с кольцами, трубчатые мельницы. Каждый вид оборудования обладает характерными особенностями и может включаться в различные технологии для получения порошковых продуктов разной категории крупности и свойств. Важной проблемой является конструирование высокопроизводительных измельчающих установок. Попытки оптимизации тонкого измельчения в классических измельчительных установках направлены на повышение их мощности за счет увеличения геометрии барабана (диаметр которых достигает 4-5 метров, а длина 245-30 метров) и режима измельчения (селективная классификация материала с требуемой крупностью, увеличения частоты вращения, добавление поверхностноактивных веществ – ПАВ, в качестве измельчающих присадок и т. д.). Таким образом, пути решения этой проблемы весьма разнообразны, но в значительном числе случаев интенсификация достигается за счет изменения режимов измельчения, модификации конструкций и автоматизации процесса при сохранении традиционного, сформированного десятилетиями, технологического принципа разрушения материала. Такие решения проблемы интенсификации процесса измельчения вполне естественны. Однако очень часто возможности интенсификации за счет модификации отдельных технологических операций и изменения режимов в целом, весьма ограничены, поскольку для большинства существующих измельчительных систем форма подведения энергии к этим системам, и, прежде всего, подведения механической энергии к измельчаемым частицам, остается неизменной. С 20-х годов прошлого столетия ведутся работы по созданию конструкций измельчительных установок нового типа, с повышенной интенсивностью воздействия на измельчаемый материал. Наиболее представительными конструктивными вариантами из этой группы являются вибрационные, планетарные и высокоскоростные мельницы типа дезинтегратор. Вибрационные и планетарные мельницы относятся к мельницам барабанного типа, отличающиеся формой движения разрушающих (рабочих) элементов. Характерной особенностью этих мельниц является то, что при достигнутом ускоренном движении разрушающих элементов, во много раз превышающем гравитационное ускорение, форма подведения энергии к этим системам остается прежней. Поэтому, решение задачи интенсификации измельчения усложняется повышением интенсивности нагружения конструктивных элементов таких мельниц, сопровождающееся значительным износом разрушающих элементов в зонах больших скоростей. Наибольший прогресс в решении проблемы интенсификации процесса разрушения, без увеличения нагрузки на конструктивные элементы измельчительного оборудования, достигнут в измельчительных установках без разрушающих элементов. Наиболее представительным классом таких мельниц являются различные модификации струйных мельниц – газодинамических дезинтеграторов. В газодинамических дезинтеграторах функции рабочего элемента выполняет газовая струя, энергетический потенциал которой (кинетический, термодинамичесий и химический), наряду с механическим разрушением, в процессе ускоренного движения, частиц, обеспечивает термодинамическую, и химическую их обработку. Благотворное влияние отмеченных факторов на процесс получения тонкодисперсных материалов с требуемыми физико-химическими свойствами объясняется увеличением реакционной поверхности и возникновением термодинамческих напряжений в окрестности нагружения, снимая тем самым проблему конструирования измельчительных установок большой производительности. Техника измельчения материалов в струях газового энергоносителя в настоящее время стоит на пороге широкой практической реализации. Создание эффективных струйных мельниц (газодинамических дезинтеграторов) начинает выходить из стадии поисковых научных исследований. Газодинамические дезинтеграторы становятся объектами работ конструкторских организаций. Именно поэтому разработке теоретических основ газодинамических дезинтеграторов, предназначенных для получения высокодисперсных материалов с заданными физико-химическими свойствами, также как и вопросам их промышленного применения, уделяется все большее внимание. За последний, более чем тридцатилетний период накоплено большое количество материалов, посвященных теории измельчения в таких мельницах. Значительный вклад в развитие этого направления был внесен учеными Советского Союза: М. Л. Кисельгофом, В. И. Акуновым, Б. К. Тельновым и рядом других исследователей. Попытка обобщить эти материалы и проанализировать характеристики струйных мельниц с единых методических позиций, была сделана в диссертационной работе Горобца В. И., положенной в основу книги: Горобец В.И., Горобец Л.Ж. Новое направление работ по измельчению. – М.: «Недра», 1977, 183 с. С момента выхода этих работ расширились наши представления о закономерностях рабочих процессов в основных элементах газодинамических дезинтеграторов, составляющих единый технологический комплекс по переработке материалов минерального и органического происхождения. В настоящее время можно считать установленным, что при выборе измельчительной установки, кроме оценки влияния характеристик измельчаемого материала, определения механизма и энергоемкости его разрушения, а также получения продукта с заданной крупностью, все большее значение приобретают вопросы удовлетворения требований, предъявляемых технологиями к последующей переработке измельченного продукта, оптимизации конструктивной и аэродинамической интеграции функциональных элементов, в ряде случаев определяющих оптимальную структуру и параметры газодинамических дезинтеграторов при переработке конкретного вида материала. Результаты проведенных исследований по выбору типа и параметров ГДД для измельчения различных материалов, а также результаты промышленной эксплуатации струйных мельниц в различных отраслях промышленности, дают возможность более правильно оценить практическую значимость процесса струйного измельчения не только с позиций возможности получения сверхтонких материалов, но и реализации сопутствующих процессов (изменение формы частиц, активация их поверхности, полиморфная трансформация частиц, механохимические реакции, включая химические изменения на поверхности и внутри частиц, ускорение реакции с окружающими веществами и т. д.). Все это повлияло на объем и содержание настоящего издания. В книге большое внимание уделяется особенностям рабочего процесса, функциональных элементов дезинтеграторов, их характеристикам, а также регулированию режимов, анализу способов повышения эффективности и определению области применения. Стремление отразить наиболее общие термогазодинамические закономерности струйного измельчения определило целесообразность анализа параметров этих установок с единых методических позиций и необходимость рассмотрения специфических особенностей рабочих процессов в функциональных элементах конкретных технологических схем с учетом характеристик измельчаемого материала и получаемого продукта. В основу оценки качества функционирования объекта положено качество получаемого продукта (физико-механические характеристики измельченного сырья, устанавливаемые требованиями потребителей) – потребительские свойства полученного продукта. Задача измельчения – придание продукту определенных потребительских свойств.

  1. Поверхностная структура и химическая связь измельчаемых материалов.

    Одним из основных факторов конкурентоспособности производимой продукции на современном рынке является её качество. Качество и безопасность потребляемой продукции определяются её свойствами, зависящими от состава входящих в неё химических элементов, характером взаимодействия, а также превращениями, претерпеваемыми этими элементами и их соединениями. Таким образом, качество и безопасность производимой продукции достигаются с гарантией только при ведении технологических процессов в точном соответствии с оптимальным технологическим регламентом переработки сырья. Основные направления оптимизации технологического передела материалов были определены более 300 лет назад Френше Беконом, отмечавшим четыре способа обработки, которые, в сущности, и до сих пор стоят в ряду важнейших процессов при приготовлении активных веществ. Один из этих способов – измельчение. [Bacon F. In: Opuscula Varia Posthuma, by Rawley (1658). See Shaw. P. The philosophical works of the Hon. R. Bovle, istcd., vol. 1, 1733. pp 54 – 56. (Цитируется из работы: И. Д. Лиин, С. Надив и Д.Д.М. Гродзян. Изменения в состоянии и механо-химические реакции при продолжительном измельчении твердых веществ. Перевод с английского № 4652 Торгово-промышленная палата СССР, Свердловское отделение. Бюро переводов. Свердловск 1976.)]. Измельчение включает все механизмы разрушения частиц твердого тела с целью сокращения их размеров, увеличения удельной поверхности и раскрытия минералов. Сокращение размеров частиц – активный механический процесс, сопровождающийся комбинацией ударов, сжатия и истирания, при которых энергия деформации, среза, тепловая, звуковая и кинетическая энергии изменяют состояние вещества. Другими словами, как утверждают Роуз и Салливен [168], энергия подводимая к частице в процессе измельчения, расходуется на упругую и пластическую деформации, сдвиг или скольжение кристаллографических плоскостей, скручивание и, возможно, другие перестройки кристаллической решетки внутри минерала, способствующие увеличению поверхностной энергии материала частицы. Поскольку образования новых поверхностей в процессе сокращения её размеров, сопровождается нарушением химических связей (ковалентных или электровалентных), Годен [ 91], очевидно, один из первых, указал, что этот процесс должен рассматриваться как химическая реакция. nike air max 2017 goedkoop В настоящее время изучено большое количество примеров механо-химического разложения неорганических соединений. И хотя большинство исследованных физико-химических изменений не находят практического применения, многие из них непосредственно могут влиять на совершенствование промышленной продукции. При чем не последнюю роль в этом процессе может оказать правильный выбор механизма измельчения. Повышению эффективности решения этой задачи будет способствовать разработка методов обеспечения требуемого качества измельченного материала, отвечающего требованиям потребителя и получения ожидаемого эффекта от применения измельченных материалов. Практические аспекты механо-химии охватывают широкий круг проблем, специфичных для каждой конкретной сферы применения измельченных материалов. Так, например, в строительной, горно-рудной и химической промышленности механо-химические процессы могут обеспечить:

  • интенсификацию процессов растворения и выщелачивания;
  • повышение степени разложения и синтеза;
  • активации катализаторов;
  • создание веществ с новыми свойствами;
  • контроль свойств минералов в рудоподготовительных процессах;
  • создание новых и совершенствование существующих технологических процессов.

    Для определения степени заданных механохимических изменений в общей массе структурных модификаций измельчаемых материалов, определения связей между интенсивностью этих изменений и механическими параметрами процессов измельчения, а также для изучения механо-химических реакций происходящих в твердофазном состоянии вещества, могут быть применены следующие методы:

  • рентгено-дифракционный анализ для определения изменений в кристаллической структуре для изучения кинетики полиморфных переходов и образования новых продуктов;
  • рентгеновский флюорисцентный метод для химического анализа поверхностей;
  • диффереенциалъныи термический анализ для изучения изменений температуры разложения карбонатов, высвобождения связанной вода в гидратах и т.п.-
  • термогравиметрический анализ, для определения потерь СО 2 при разложении карбонатов, и для обнаружения реакций в твердом состоянии;
  • химический анализ для определения продуктов измельчения; гравиметрическо-объемные методы и т. д.;
  • измерение плотности для прослежвания полиморфных переходов;
  • металлографический анализ для прослеживания изменений свойств материалов;
  • метод магнитного баланса, или магнитогидростатический метод для изучения изменений магнитных свойств материалов, связанных с процессом измельчения, а также для прослеживания таких трансформаций, как переход g-Fe 2 O 3 в a-Fe 2 O3 ;
  • спектроскопия по Meccбayэpy, для прослеживания изменений в решетке на
  • атомном уровне, реакций в твердом состоянии и т.д.;
  • визуальный контроль химических реакций и физических изменений путем наблюдения за изменением цвета вещества;
  • электронная микроскопия, для наблюдения за новыми кристаллическими структурами, за ростом ядер, за морфологией кристаллов, дислокациями, трещинами и другими их нарушениями;
  • инфракрасная абсорбционная спектроскопия, для изучения прототропии в минералах и кристаллах,
  • электронное микрозондирование для определения композиции материалов и типа распределения соответствующих элементов на поверхностях раздела.
    1.2. Актуальность задачи.

    Актуальность задачи исследования физическо-химического и механического аспектов измельчения обусловлена, в первую очередь необходимостью поиска путей создания эффективных установок в наибольшей мере отвечающих намеченным целям их функционирования. Струйные мельницы с момента их практического применения открыли широкие возможности в области производства высокоактивного продукта с высокоразвитой поверхностью частиц. Однако не все измельчительные установки и, в частности, струйные мельницы, в сравнении с другими методами измельчения потребления энергии, отсутствие методов их исследования и проектирования , сдерживает их развитие. Многие энергетические процессы в мельнице и явления сопровождающие процесс измельчение до сих пор не изучены. Не совсем ясен механизм и характер изменения физико-химических свойств измельчаемого материала, а также факторы, обуславливающие эти изменения. Струйные мельницы обеспечивают совмещение с процессом измельчения ряда других процессов, трудно осуществимых в других измельчительных установках. Изучение физико-химических и механических основ этих процессов будет способствовать более эффективному использованию оборудования, экономии энергоресурсов. В настоящее время нет ни одной отрасли перерабатывающей тонкодисперсные материалы, которая, так или иначе, связана с техникой измельчения и не была бы заинтересована в получении тех преимуществ, которые дают струйные мельницы: высокая дисперсность получаемого продукта, низкая металлоемкость и простота конструкции, возможность совмещения с процессом измельчения других процессов. Необходимость широкого развития техники тонкого измельчения выдвигает на первый план прикладное исследование, в частности изучение условий и факторов, определяющих характеристики мельниц тонкого помола, а также влияния этих характеристик на изменение физико-механических свойств измельчаемого материала и, в свою очередь, степени влияния этого изменения на технологический передел измельченного материала. При этом следует иметь в виду, что в процессе измельчения могут возникать целый ряд явлений, имеющих большое прикладное значение: — увеличение удельной поверхности и раскрытие заключенных в породе минералов; — изменение формы частиц, создание в их объеме новых систем трещин, снятие остаточных напряжений, изменение плотности размещения дислокаций и изменение их механических свойств; — активация поверхности, включая образование реакционно-способных поверхностей и увеличение каталической активности поверхностной фазы; — механо-химические реакции, включая химические изменения на поверхности или внутри, образование новых соединений, высвобождение газообразной фазы, ускорение реакций с окружающими веществами и твердыми растворами. — полиморфная трансформация – изменение кристаллографической структуры из одной полиморфной фазы в другую, декристаллизация и аморфизаци; Так, например, Бэрнс и Бредиг наблюдали при сухом измельчении частичный переход кальцита, характеризующегося ромбоэдральной кристаллической решеткой, с плотностью 2,72 и твердостью 3,0 в арагонит с орторомбической кристаллической решеткой, удельным весом 2,95 и твердостью 3,5 – 4. Кальцит является стабильной фазой при нормальной температуре и давлении, в то время как арагонит является метастабильной фазой, химический потенциал или свободная энергия по Гиббсу выше, чем у любой другой, известной для данной композиции, фазы, и которая отличается от стабильной фазы предельным барьером энергии активации. При нагреве арагонита свыше 450 0С он снова превращается в кальцит. Цунасима и др. [ ] с помощью измельчения изучали превращения кристаллов красителя – сернокислого кадмия. adidas superstar femme soldes При размоле цвет вещества изменялся до темнокрасного, а после нагрева восстанавливался до исходного. Поведение кварца, каменной соли, твердого угля и карбида кальция в процессе размола в процессе исследовались Шнайдером. В случае кварца и твердого угля он установил наличие непрерывного прогрессирующего разрушения структуры; у карбида кальция – изменение фазового состояния, у каменной соли, помимо искажений решетки, были установлены прокаливания и рекристаллизации. Не менее принципиальным превращением структуры измельчаемого материала является аморфизация его поверхности. Так, при измельчении кристаллического кварца и силикатов на частицах образуются поверхностные слои с нарушенной кристаллической решеткой (аморфные слои), толщиной до 0,2 мкм, в зависимости от размера частиц SiO2, времени и способа измельчения. На образование аморфных слоев в процессе измельчения расходуется в процессе измельчения расходуется большая часть подводимой к измельчительному агрегату энергии. ugg australia classic Изменения в структуре кварца, включая аморфные превращения и снижение общей его плотности в процессе сухого измельчения были изучены рядом ученых Реем, Мартином, Демпстером и Ритчи и др. asics duomax Было утановлено, что полиморфные превращения при сухом измельчении происходят без каких-либо изменений температуры и давлении, кроме тех локальных изменений, которые обусловливаются самим процессом. Изучение измельченного сухим способом кварца показало, что сухое измельчение приводит к искажению решетки со статическим смещением атомов с их идеальных позиций и образованием аморфной структуры SiO2. Необходимость познания механизма указанных явлений возрастает вследствие создания новых процессов и продуктов: пищевой, химической, горнорудной, керамической, лакокрасочной, металлургической и других областей производства. Ограничения достижимой, в процессе измельчения крупности, а также ограничения накладываемые на нее объемами производства и затратами (стоимостью) процессов измельчения, обусловливает их актуальность для этих отраслей промышленности. adidas nmd femme В процессе газодинамического диспергирования могут реализоваться все вышеупомянутые физические эффекты.

    II Анализ направлений развития измельчительного оборудования.

    2.1. Общие положения.

    Измельчение как метод получения тонкозернистых материалов – наиболее распространенный вид процессов современных технологий. Именно оно лежит в основе получения и переработке самых разнообразных полупродуктов и материалов, применяемых в очень широких масштабах и во многих отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины является одним из обязательных технологических процессов. Одни технологические процессы предваряются образованием тонкозернистых материалов, получаемых с помощью специального измельчительного оборудования, а другие ( производство цемента, производство муки и т. п.) – тонкое измельчение применяют на заключительной стадии. Процесс измельчения представляет собой сокращение размеров твердого тела (образование новых поверхностей) путем преобразования энергии подводимой к измельчительному аппарату в энергию разрушения. Получение тонкозернистых материалов в мельницах тонкого измельчения представляет весьма трудоемкий процесс, требующий больших затрат времени и энергии. Поэтому, наряду с механическими методами измельчения широкое применение находят физико-химические методы. Среди этих методов можно выделить: метод сушки распылением и термического разложения, метод совместного осаждения и термического крекинга, Сверхтонкие металлические порошки получают методами осаждения в газовой фазе, в том числе испарительно-конденсационным методом. Высокая энергоемкость отмеченных методов обусловливает тот факт, что механический метод измельчения остается ключевым в схеме получения тонкомолотых материалов. Ограниченные энергетические возможности механических измельчительных аппаратов ограничивают также их возможность по степени сокращения размеров измельчаемых твердых тел. Поэтому для получения требуемой крупности частиц часто прибегают к организации определенной последовательности — стадий сокращения размеров. В этой связи определилась и соответствующая терминология, применяющая термин «дробление» при получении крупных кусков материала и «размалывание» («помол») – при производстве порошкообразных продуктов. Применение указанных терминов способствовало разделению измельчительных агрегатов (аппаратов) на две класса – дробилки и мельницы, однако не обеспечило четкого определения границ такого важного параметра, как целесообразной величины достигаемых на каждой стадии предельных размеров частиц измельченного материала. Гранулометрический состав и форма кусков дробленого или размолотого продукта в значительной степени зависит от принципа действия измельчающего аппарата и условий его эксплуатации. Эти факторы имеют первостепенную важность, поскольку не только определяют эксплуатационные расходы, но и оказывают решающее влияние на физико-механические и химические свойства получаемого продукта: на величину площади поверхности, химическую активность, прочность частиц, плотность материала при упаковке и т.п. Выход (процентное содержание) дробленого продукта требуемой крупности имеет важное значение, поскольку непосредственно влияет на стоимость производства, повышая её при увеличении отбракованных (не кондиционных) отходов. По данным фирмы «Алис-Чалмерз» (США) наибольшие часть капиталовложений на энергетические и производственные затраты в сфере измельчения относятся к процессам переработки материалов с крупностью частиц от 12,7 мм и до размеров задаваемых технологическим регламентом получения конечного продукта. Т. е. исследованиям процессов сокращения размеров перерабатываемых материалов измельчению отдается предпочтение. Еще одной причиной того, что исследованиям в области измельчения отдается предпочтение по сравнению с исследованием дробления является то, что физические свойства измельченного продукта обычно оказывают жизненно важное влияние на степень извлечения, сортность концентрата и другие факторы, которые могут воздействовать на возможности реализации готового продукта на рынке. Всегда имелась тенденция рассматривать операции дробления и грохочения в технологическом цикле подготовки материала, включающем мельницы для измельчения, просто в качестве выполняющих функции подготовки питания для этих мельниц. В результате стремления повысить производительность цикла подготовки материала к технологическому переделу, на большинстве предприятий операторы дробилок увеличивают их производительность, загружая, тем самым, мельницы крупным материалом, что при любой последующей операции измельчения ведет к снижению производительности, увеличению удельной энергоемкости, измельчающей среды, расхода футеровки и т. п. Имеется такой интервал крупности частиц между продуктом дробильного устройства и питанием для мельниц, при котором дробилки могут использовать энергию эффективней, чем мельница. Но при современных методах применения машин инженер не могут применить машину с достаточной гибкостью для использования преимущества коэффициента мощности дробилки. В большинстве случаев режимы дробления и грохочения устанавливаются на змпирических данных фирм-поставщиков этого оборудования. Применимость такой информации в случае изменения условий работы оборудования может оказаться не адекватной. Adidas Superstar Pour Femme Многие устройства для дробления и грохочения, даже при тщательной их разработке, в изменяющихся условиях работы могут оказаться малоэффективными. Это дает основание считать оптимизацию режимов дробления и грохочения наиболее эффективным средством повышения экономических показателей процесса получения тонкомолотых материалов.

    2.2. Характеристика дробильного оборудования

    Для реализации первых стадий измельчения – дробления, разработан ряд способов, в основу которых положены принципы ударного, сжимающего (раздавливающего), истирающего разрушений. В зависимости от размеров, получаемых фракций выделяют крупное дробление, среднее дробление, мелкое дробление. Все эти виды дробления предваряют, в случае необходимости, процесс измельчения. Для первичного измельчения (дробления) твердых материалов разработаны несколько модификаций дробилок: дробилки раздавливающего действия для крупного и среднего дробления (щековая, конусная, роторная, валковые, зубовалковые дробилки). Все указанные типы дробилок являются дробилками раздавливающего типа и пригодны как для первичного измельчения твердых материалов, так и для промежуточных стадий измельчения. Величина фракций, получаемых в дробилках, использующих раздавливающий принцип разрушения, определяется величиной зазора выгрузочной щели дробилки в нижней части её рабочего пространства. Для первичного измельчения материалов минерального происхождения хорошо приспособлены щековые дробилки, но, если требуется более высокая производительность, то конусные дробилки обладают рядом преимуществ. Щековые и валковые дробилки пригодны для получения мелких фракций при умеренном объеме производства, конусные дробилки способны перерабатывать значительно больший объем. Зубовалковые дробилки, которые также производят измельчение путем раздавливания, могут давать продукт с ещё более точными размерами фракций при условии применения дробящих зубьев требуемой формы. Степень измельчения в этих дробилках невелика, если машина не оборудована стержневыми зубьями для разбивания крупных кусков породы. Однако применение таких зубьев способствует увеличению разброса по крупности получаемых кусков. Для крупного дробления разработаны также дробилки срезающего действия: ножевая, фрезерная и ударного действия – молотковая дробилка …(см.перевод Дзинбо Гендзи)

    2.2.1. Щековые дробилки

    Из всего многообразия конструктивных вариантов щековых дробилок, наибольшее распространение получили дробилки с вертикальной или слегка наклонной неподвижной щекой и с подвижной щекой, которая изменяет размер разгрузочной щели при помощи одной или двух распорных плит. Для первичного дробления твердых, крепких и абразивных материалов наиболее пригодна щековая дробилка с двумя распорными плитами. В этом типе дробилки вал с эксцентриком приводит в движен6ие шатун. Который подымает и опускает пару распорных плит, за счет чего происходит качание подвижной щеки, подвешенной на неподвижном валу. У дробилки с одной распорной плитой подвижная щека подвешена на эксцентриковом валу. А её нижняя часть опирается на распорную плиту. Вращение эксцентрикового вала создает практически круговое движение верхнего конца подвижной щеки и движение по эллипсу её нижнего конца. В настоящее время имеется тенденция к применению дробилок с одной распорной плитой. Меньшая первоначальная стоимость дробилок с одной распорной плитой для многих условий эксплуатации перевешивает более высокие затраты на техническое обслуживание, вызываемое повышенным износом дробящих поверхностей щек из-за вертикального перемещения подвижной щеки, что является характерной особенностью дробилок с одной распорной плитой. Но эта особенность дробилок с одной распорной плитой способствует перемещению материала через рабочую камеру, благотворно влияя на режим дробления. Размер щековой дробилки определяется размерами загрузочного отверстия через которое подается материал. Загрузочное отверстие малых промышленных дробилок равно 610 х 152 мм, у более крупных первичного дробления размер загрузочного отверстия составляет 2130 х1520 мм; производительность этих дробилок колеблется от 600 до 800 тонн в час. Степень измельчения, обеспечиваемая щековой дробилкой. определяется отношением размера загрузочного отверстия к размеру выпускной щели и может колебаться от 5 : 1 до 10 : 1 в зависимости от свойств материала. Любое проскальзывание материала во время рабочего хода дробления означает потерю мощности, потерю производительности и повышение износа рабочих поверхностей щек. Примерно две трети продукта может измельчаться до размеров, меньших установленной ширины щели дробилки, но этот показатель меняется в значительной степени. Для поддержания высокой производительности важно иметь устройства, обеспечивающие регулярную подачу материала в дробилку. …(с.8).

    2.2.2. Конусные дробилки

    Факторы, определяющие степень измельчения в конусных дробилках, подобны факторам щековых дробилок. Для заданного размера выгрузочной щели конусная дробилка имеет производительность, превышающую в два раза производительность щековой дробилки, но и стоимость её выше почти в два раза. С другой стороны, конусную дробилку, как аппарат первичного дробления, легче освобождать от завалов с помощью соответствующего подъемного крана. Поэтому на практике подачу материала осуществляют непосредственно в дробилку, что исключает необходимость применения тяжелых питателей с вытекающими отсюда экономическими преимуществами. Конусные дробилки также не требуют постоянного наблюдения. Размер дробилки первичного дробления в большей степени определяется размером кусков подаваемого в дробилку материала. Если более высокая производительность конусной дробилки подтверждается экономической целесообразностью, то её часто предпочитают щековой дробилке, в силу её простоты и надежности в эксплуатации.

    III Размольное оборудование

    3.1.
  • Для тонкого измельчения промышленностью выпускается большое количество разнообразного оборудования, приспосабливаемого для различных материалов и условий работы в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины. Шаровые и трубные мельницы, молотковые мельницы, дисковые мельницы с пальцами, мельницы с кольцами, струйные мельницы – каждая их разновидность обладает характерными особенностями и может включаться в различные технологические системы для получения тонкомолотых материалов с различными физико-механическими и химическими свойствами. На базе мельниц тонкого помола созданы специализированные технологии по переработке материалов чувствительных к нагреванию, технологии, отвечающие требованиям переработки металлических и неметаллических, минеральных и органических материалов: фосфатов, серы, баритов, а также для производства пластмасс. Выбор подходящего измельчительного оборудования для конкретных технологий производится путем лабораторных испытаний измельчаемости или требуемых изменений используемого в них материала. При этом различают: грубый помол, при котором частицы измельченного материала проходят через сито №10 (диаметр отверстий сита равен 1, 67 мм); мелкий помол, обеспечивающий получение частиц, проходящих через сито № 200, с диаметром отверстий 0, 076 мм; «тонкий» помол, при котором 99,9 % измельченного продукта проходит через сито №300, с диаметром отверстий 0,053 мм; «сверхтонкий» помол характеризуется размером частиц менее 44 мкм, не укладывающимся в ситовый анализ.
    3.1.1 Подготовка материала
    3.1.2 Дисковая мельница
    3.1.3 Газодинамические дезинтеграторы

    Относительная универсальность механических способов измельчения материалов определяет их широкое использование даже в ущерб производительности или энергоемкости на отдельных операциях, так как в условиях производства удобнее применять традиционные однотипные механизмы, чем использовать более эффективные устройства, отличающиеся по принципу действия и требованиям организации работ. С у щ е с т в е н н у ю роль и г р а ют т а к ж е н а лич и е квалифицированных кадров, ремонтной базы и определенная инертность и традиционность технического мышления. Тем не менее, общеизвестно, что развитие механических способов не идет по пути интенсификации процессов обработки и характеризуется только тенденцией увеличения усилия, прилагаемого к рабочему органу, при внедрении его в обрабатываемый материал. Увеличение мощностей привода м а шин не дает нового качественного эффекта, но сопровождается ростом массы и габаритов машины, что повышает трудоемкость, энергозатраты, металлоемкость, требует развитой и дорогостоящей ремонтной базы. Увел иче н ие ус и л и я на р абочем органе, как правило приводит к его быстрому выходу из строя, а применение дорогостоящих и дефицитных материалов, повышающих его прочность и износостойкость, не даст достаточного эффективно и, часто, экономически невыгодно. Механический рабочий орган стал наиболее уязвимым в технологической схеме получения тонкомолотых материалов. В настоящее время интенсификация процессов измельчения обеспечивается за счет применения иных, принципиально отличных технологических процессов и машин, использующих в качестве рабочего органа различные энергетические потоки и поля, вырабатываемые генераторами и направляемые на обрабатываемый объект (измельчаемый материал). Свойства этих потоков и полей таковы, что в самом материале развиваются разрушающие напряжения и (или) изменяются физико-химические свойства. Термогазодинамическая обработка строительных материалов. –М.: Стройиздат, 1985. –208 с.) По видам воздействия и особенностям процесса способы обработки материала (Боженов Е. П. подразделяет на: — динамические, характеризуемые высокоскоростным динамическим воздействием рабочего энергетического потока (рабочего тела) на обрабатываемый материал, ведущим к потере его целостности; — термические, характеризуемые возбуждением и развитием во времени термических процессов в теле обрабатываемого объекта под действием энергетических полей и потоков, обладающих свойствами, необходимыми для жирования этих процессов; -термогазодинамические, основанные на ударном возбуждении в среде сложного комплекса механических и термических явлений и фазовых переходов, совмещенных с эвакуацией продуктов разрушения от зоны обработки, под термогазодинамическим воздействием высоко скоростного (звукового и сверхзвукового) газового потока, К группе динамических способов относятся взрывной, гидравлический, электрогидравлический и электроимпульсный. Последние два составляют подгруппу электрогидродинамических способов Широко распространен взрывной способ Разрушение происходит в результате возникновения ударных волн в зоне расположения взрывчатых веществ (ВВ) при их детонации. Этим способом дробят большие массивы горной породы, взрывают на выброс талые и мерзлые грунты, дробят негабариты, проходят скважины, раскалывают каменные блоки, направленным взрывом разрушают строительные конструкции и т. д. Основное его преимущество — малая энергоемкость и трудоемкость, недостатки — невозможность поточной технологи при добыче горной массы, ограниченное использование при реконструкции промышленных предприятий из-за наличия ударной воздушной волны и существенного сотрясения почвы и фундаментов При гидравлическом способе используется динамическая энергия водяной струи, выбрасываемой из сопловой насадки под высоким давлением, что позволяет разрушать рыхлые, мягкие и скальные породы. Угли разрушаются при давлении 2—10 МПа, прочные среды (14—16 по шкале проф. Ж. М. Протодьяконова) при 100—200 МПа и скорости водяной струи 200—500 м/с Подгруппа электрогидродинамических способов использует эффект создания в ограниченном гидравлическом объеме (в шпуре) ударных волн, вызванных электрическим разрядом. Жидкость является рабочим телом и объемно воздействует на материал, вызывая в нем механические напряжения выше допустимых. Эти способы эффективно, применяют лkя разрушения монолитных объектов, выколки блоков, разрушения фундаментов и других строительных конструкций. Электрогидроимпульсный способ характеризуется подводом к жидкости, находящейся в емкости (шпуре ) разряда от генератора импульсов напряжения или генератора импульсов тока, которые нициируют возникновение ударных гидравлических волн. Термогазодинамические способы обеспечивают одновременное динамическое и термодинздействия на материал и являются наиболее универсальными. Применение для обработки минеральных материалов скоростного горячего газового потока качественно изменило как механизм разрушения, так и условия ведения процесса. Термогазодинамический метод обработки материалов лежит в основе функциионирования газодинамических дезинтеграторов.

    3.1.4. История развития газодинамического способа измельчения

    Принцип измельчения материалов энергией газовой струи был заложен теоретическими разработками …. …В Советском Союзе применение струйных мельниц началось во Всесоюзном теплотехническом институте для измельчения каменных углей …ставшей прототипом серии струйных мельниц, которыми в 19.. году было произведено … млн тонн тонкомолотых материалов. К 1975 году были накоплены солидные данные по измельчаемости горных пород: железных руд, известняка, талькомагнезита, мрамора, кварцита. Благодаря усилиям советских ученых Пешкова, Кисельгофа, В.И. Акунова, Б.К. Тельнова, В.И. Горобца, Л.Ж. adidas originals superstar 2 femme Горобец и др. были заложены основы советской школы исследования и создания принципиально новой технологии струйного измельчения материалов минерального происхождения. Направленность этих работ отличалась оригинальностью научно-технических решений, которые по техническому уровню опережали зарубежные разработки. Так, в СССР с 19 65 года в качестве рабочего тела струйных мельниц широко используются продукты горения газообразных и жидких топлив в среде сжатого воздуха, а в качестве источника рабочего тела испытаны газотурбинные и турбореактивные двигатели, исчерпавшие свой летный ресурс. В этот же период начались исследования по отработке режимов газодинамического диспергирования материалов органического происхождения. asics kinsei 5 В настоящее время в этом направлении успешно работает научно-исследовательский коллектив под руководством профессора, доктора экономических наук А.В. Руцкого, кандидата технических наук, доцента В.И. Горобца, инженера Б.И. Горобца и др.

    3.1.5. Перспективы развития газодинамического диспергирования материалов

    Если в начале своего развития струйный метод измельчения использовался только для измельчения …., то в последующем благодаря работам советской научной школы, он стал применяться для получения цементов, … , а также в качестве активатора целого ряда материалов. Вопросы получения тонкомолотых материалов в струях газового энергоносителя подробно рассмотрены в работах (…). Газодинамический способ измельчения позволяет: — организовать производство высококачественного вяжущего; — организовать выпуск технического мела; — … Ежегодно перерабатывается …. … Высокая стоимость, низкая производительность традиционных методов …обработки…- основная причина вытеснения ( природного камня бетоном и ж.-бетоном).. В странах бывшего СССР разрабатывается более .. это наиболее трудоемкое и В год разрабатывается около … . Газодинамический способ диспергирования … Сверхзвуковая газовая струя разрушает … Газодинамический способ измельчения по количеству операций, условиям обработки и видам обрабатываемых материалов, более перспективен в сравнении с другими, традиционными, способами. Специфические свойства высокоскоростной сверхзвуковой и дозвуковой газовой струи (высокая концентрация тепловой и кинетической энергии, возможность изменения химического состава среды в зоне обработки и т .п.), позволяет расширить диапазон практического применения рассматриваемого способа. Изменяя соответствующим образом эти свойства можно получать материалы с заданными качествами: цементный клинкер путем обжига шихты в зоне столкновения скоростных дисперсных потоков, автоклавную обработку строительных материалов, осуществлять обжиг — спекание грунтовых поверхностей и т.п. Но, несмотря на отмеченные технико-экономические преимущества, объем внедрения газодинамического способа диспергирования не соответствует его потенциальным возможностям, поскольку требует значительных усилий специалистов различных профилей: специалистов в области термогазодинамики, технологов, конструкторов и организаторов производства в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины. В серьезной разработке нуждаются вопросы поведения материалов минерального и органического происхождения под воздействием газовой струи, выбора оптимальных параметров струи, разработки конструкции и определения режимов работы газодинамических дезинтеграторов, а также организации производства на их основе.

    IV Физико-химические основы термогазодинамического диспергирования материалов

    4.1. Общие поняти

    Термин «термогазодинамическое измельчение» характеризует процесс получения измельченных материалов путем преобразования кинетической и тепловой энергии газовой струи в работу разрушения материала. Воздействие скоростной струи на обрабатываемые материалы характеризуется сложным комплексом термических, ударных, газодинамических, физико- и механо-химических, акустических и др. процессов. Характер обработки материалов минерального и органического происхождения зависит от сложных и взаимосвязанных процессов, протекающих в конструктивных элементах технологической схемы дезинтегрирования – в источниках подготовки рабочего тела, в системах подачи рабочего тела и обрабатываемого материала в зону смешения, в зонах смешения и обработки материала, в зонах разделения материала по крупности и выделения его из потока. Струя, являясь рабочим телом возбуждает в материале процессы, определяющие характер его разрушения. Необходимо выделить три основных взаимосвязанных фактора воздействия струи на обрабатываемый материал: термическое, газодинамическое и физико-химическое. Первый обусловлен уровнем теплосодержания и способностью к интенсивной теплопередаче скоростной и, особенно, сверхзвуковой газовой струи, второй – спецификой образования струи, структурой и характером её взаимодействия с материалом и, наконец, третий – спецификой химических реакций. Первые два фактора способствуют интенсивному возбуждению в минеральной и органической среде процессов, определяющих эффективное направленное разрушение, которое не наблюдается при воздействии дозвуковыми или несформированными газовыми потоками. Резкое увеличение теплопередачи от звуковой и особенно сверхзвуковой струи к материалу изменяет характер процесса разрушения и существенно повышает влияние неоднородности его физико-химических свойств. Макро — и даже микронеоднородности измельчаемого материала обусловливают термические напряжения в значительно большей степени, чем при тепловом воздействии в воздушной среде или низкоскоростным потоком. basket jordan 11 Явления поверхностной деструкции, наличие трещин, посторонних включений, особенности протекания химических реакций, выделение газа, кристаллизационной воды, образование жидкой фазы в обрабатываемом материале способствуют накоплению в нем разрушающих напряжений. Интенсивное возникновение и накопление температурных напряжений — результат термического воздействия сверхзвуковой высокотемпературной струи. В силу возможной нестационарности процессов, происходящих в устройствах подготовки рабочего тела, в них могут возникать колебания различной частоты. Эти колебания передаются струе и могут инициировать такие же колебания во всей системе. Квазипериодичность пульсаций потока приводят к соответствующим колебаниям температуры и давления в зоне взаимодействия потока с материалом, способствуя тем самым, неравномерной теплопередачи по периметру материала, обусловливая неравномерность нагрева материала. Градиенты давлений и температур способствуют возникновению разрушающих напряжений.

    4.2. Структура процесса газодинамического диспергирования материалов

    Газодинамический дезинтегратор является тепловой машиной с определенным термодинамическим циклом. Для его реализации технологическая схема газодинамического диспергирования включает в себя: — систему подготовки рабочего тела, состоящую из источника сжатого воздуха и устройства подвода тепла; — (ускоряющую) систему (газодинамического) ускорения рабочего тела; — смесительные устройства с системой регулируемой подачи измельчаемого материала; — классификатора; — пылеосадительных устройств с бункерами-разгрузителями; спосос — пневмотранспортной системы. Эффективность газодинамического дезинтегратора определяется особенностью и взаимосвязью процессов, протекающих в каждом его структурном элементе и, в целом, может характеризоваться приведенной интенсивностью процесса измельчения Gп, определяемой количеством полученного измельченного продукта при затрате 1 кВтч энергии (?). Чем выше Gп, тем лучше организован процесс измельчения: Gп = m / G∑» G∑»- израсходованная энергия; m–масса полученного материала. Для оценки работоспособности ГДД, по аналогии с принципом оценки эффективности работы любой газодинамической системы могут быть использованы такие показатели, как … Тяга реактивного двигателя определяется уравнением: R* = Rдин*+ Rст* = mwс + Fc(Pc – Pн), где m – секундный расход газа, кг/с; wс — скорость газового потока на срезе сопла; Fc — площадь выходного сечения сопла; Pc, Pн – давление рабочего тела, Rдин* = mwс соответственно на срезе сопла и окружающей среды; Rст* = Fc (Pc – Pн) – статическая составляющая тяги; Rдин* = mwс – динамическая составляющая тяги. Динамическая составляющая тяги Rдин*(импульс потока), зависящая от скорости истечения газа, является основной характеристикой помольного узла ГДД. Скорость истечения, в свою очередь, определяется параметрами газа перед истечением (температурой, давлением, составом газа – молекулярной (?) составляющей), а также зависит от типа ускорителя, конструкции сопла, смесительной и помольной камеры. Для получения требуемого положительного эффекта при заданных физико-химических свойствах измельчаемого материала, необходимо менять характер термического и газодинамического воздействия, обеспечиваемое, например, путем изменения конструктивного оформления и режимов работы определенного элемента ГДД. При этом в каждом отдельном случае будет наблюдаться преобладание определенных видов нестационарных процессов в обрабатываемом материале, обеспечивающих требуемые качества получаемого продукта. В качестве сравнительных показателей работы различных конструкций газодинамических дезинтеграторов могут быть использованы значения: удельного импульса, удельных затрат энергии и рабочего тела на измельчение, удельного веса, используемого оборудования, термического кпд … Удельный импульс определяется из отношения Rуд* = Rдин*/Qг = wс / g , где Qг – секундный расход газа, кг/с; g= 9,81 м/с2 – гравитационная постоянная. Удельный вес используемого оборудования gу: gу = Му / Rдин*, где Му – масса оборудования технологической схемы газодинамического диспергирования. ….

    4. 3. Особенности процессов в элементах ГДД

    В начале термодинамического цикла лежат процессы сжатия рабочего тела и его нагрев. Последующее преобразование внутренней энергии газа в работу совершения внутримельничных процессов осуществляется в соответствующих функциональных элементах – в соплах, смесительных камерах инжекторов, в помольной камере , классификаторе… (? ??) В зависимости от способа и степени нагрева рабочего тела, процесс ускорения рабочего тела может осуществляться газодинамическим, элекродинамическим …. способами . При газодинамическом способе ускорения работа расширения газа в сопле от величины давления перед истечением (в камере) — Рк до давления Рс — в сопле, аккумулируется как кинетическая энергия. В случае Рс /Ра > Ркр, (где Ра – атмосферное давление) давление на срезе сопла Рс зависит от величины отношения выходного сечения сопла fа к его критическому сечению fкр и давления перед истечением Рк. При fа / fкр = 1 Рс = Ркр = Рk (2 1+к) к / (к-1), ????? где Ркр – критическое давление; к – показатель адиабаты. Для случая идеального цикла (Рк = const) рабочее тело – газ подчиняется законам идеального газа. Уравнение первого закона термодинамики запишется: Uс — Uк + L + (wс2 – w2к) / 2 g , (2.9.) где Uс = сvТс + Uвс ; Uк = сvТк + Uвс; Uвс – внутренняя энергия газа в объеме соплового канала; сv — теплоемкость газа при постоянном объеме; wк – скорость газа перед истечением (wк =0); Тк, Тс – температура перед истечением и на срезе сопла; L = РсVc – Pk Vc = RTc – RTk — работа газа; R – газовая постоянная; Vc, Vк – объем газа соответственно в сопле и в камере. Формула (2.9.) преобразуется: сvТс — сvТк + RTc — RTk + wс2 /2 g =0. Полезная работа: Lад = w2а / 2 g = Ik — Ic = cp (Тк — Tc) = cp Тк (1 — Тс / Тк), Где Ik, Ic – энтальпия газа соответственно перед истечением и в сопле (? В его критическом сечении). Учитывая, что Ik = cp Тк = [k / (k-1)] RTk, а Тс / Тк = = (Pc / Pk)(k – 1) / K, получим формулу удельной работы цикла: Lад = [k / (k-1)] RTk [1 – (Pc / Pk)(k – 1) / K] = [k / (k-1)] RTk [1- 1/(dca)] (k – 1) / K, где а = k / (k-1). Термический КПД ht =(Ik — Ic) / Ik = 1– (Tk / Тк) = 1-(Pc / Pk) = 1- 1/(dca), т.е. эффективность термодинамического цикла зависит от степени расширения газа в сопловом канале dc и численного значения показателя адиабаты, зависящего от химических свойств газа.

Добавить комментарий