Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Повышение качества готового продукта при дезинтеграции минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа
ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Повышение качества готового продукта при дезинтеграции минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа"

005010033

На правах рукописи

.С-

СОБОЛЕВ Сергей Евгеньевич

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ГОТОВОГО ПРОДУКТА ПРИ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ В ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность: 25.00.13 - Обогащение полезных ископаемых 05.05.06 - Горные машины

1 С 023 Ш

Владикавказ - 2012

005010033

Работа выполнена на кафедре технологических машин и оборудования Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета)

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

ХЕТАГУРОВ Валерий Николаевич

доктор технических наук, доцент ВЫСКРЕБЕНЕЦ Александр Степанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КЛЫКОВ Юрий Георгиевич

доктор технических наук, профессор ДМИТРАК Юрий Витальевич

Ведущая организация: Научно-производственный комплекс

«Югцветметавтоматика»

Защита состоится « 22 » февраля 2012 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.246.05 при Северо-Кавказском горнометаллургическом институте (государственном технологическом университете) по адресу: 362021, РСО - Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44. E-mail: info@skgmi-gtu.ru. Факс: (8672) 407-203.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « 21 » января 2012 г.

Ученый секретарь совета

доктор технических наук, профессор Гегелашвили М.В.

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

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

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

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

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

Идея работы: снижение переизмельчения готового продукта

центробежной мельницы вертикального типа при изменении способа эвакуации измельченного материала из рабочего пространства мельницы.

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

Научные положения, защищаемые в работе.

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

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

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

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

Научная новтна:

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

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

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

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

Научное значение работы:

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

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

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

Практическое значение работы:

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

- разработана программа расчета на ЭВМ для определения производительности центробежной мельницы и затрат мощности на измельчение минерального сырья, а также гранулометрического состава продуктов размола на языке программирования Разса1;

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

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: хорошей сходимостью результатов

теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных условиях, использованием современных методик и измерительной аппаратуры, внедрением результатов исследований и новых научно-технических разработок в производство, подтвержденных актом внедрения. Все математические модели, представленные в диссертационной работе, адекватны экспериментальным данным с уровнем значимости 0,05.

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

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научном симпозиуме «Неделя горняка-

2011», г. Москва, 20 И г.; на Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека» - Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности, г. Екатеринбург, 2011 г.; на II Международной научно-практической конференции «Молодые учёные в решении актуальных проблем науки», Владикавказ, 13-15 мая 2011; на VII Региональной школы-конференции молодых ученых «Владикавказская молодежная математическая школа», Владикавказ, 25-30 июля 2011 года; на научно-практической конференции, посвященной дню эколога «Природа. Общество. Человек», Владикавказ, 3 июня 2011 года; на заседаниях секции технологических машин и оборудования ежегодных научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ) 2009-2011 гг.; на расширенном заседании кафедры технологических машин и оборудования СКГМИ (ГТУ), 2011 г.

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

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

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете) разработан способ самоизмельчения материалов, согласно которому измельчаемый материал формируют в виде неподвижного вертикального цилиндрического столба, нижнюю часть которого вращают с окружной скоростью 10-70 м/с, давление материала на нижнюю часть столба поддерживают равным 0,0049-0,05 МПа, а измельчение материала осуществляется в активной зоне за счет взаимного соударения частиц и кусков друг о друга и последующего истирания в верхних слоях столба.

Новый процесс самоизмельчения минерального сырья многократно исследовался при измельчении различных сырьевых материалов: медная, свинцово-цинковая, марганцевая, железная руды, известняк, доломит и др. Все испытания показали экономическую целесообразность и перспективность нового способа самоизмельчения за счет отсутствия мелющих тел; совмещения операций мелкого дробления и измельчения; малой металлоемкости; отсутствия специальных фундаментов; высокой удельной производительности; сокращения удельного расхода электроэнергии; низкого расхода металла;

низкого уровня шума в работе; простоты конструкции и ремонтных операций. Вместе с этим, при переходе к созданию промышленных мельниц МВ-1 был выявлен ряд технологических и технических проблем, связанных С вынужденной блокировкой кольцевого горизонтального зазора между подвижными и неподвижными элементами мельницы, а также с размещением в корпусе центробежной мельницы, в зоне над вращающимся ротором, дополнительных кольцевых просеивающих поверхностей. Так, повысилось переизмельчение кондиционного продукта, снизилась производительность мельницы по исходному и конечному продукту, повысился расход электроэнергии И т.п.

Разработкой, исследованием и внедрением в производство центробежных мельниц вертикального типа занимались Ягупов А.В., Выскребенец А.С., Гегелашвили М.В., Хетагуров В.Н., Клыков Ю.Г., Пекониди А.В., Наниева Б.М. Анализ их научных работ показал, что, несмотря на большое количество теоретических и экспериментальных результатов исследований мельницы нового типа, они оказались мало применимыми для прогнозирования основных технологических параметров центробежной мелышцы вертикального типа в новых условиях процесса измельчения материалов.

Задачи диссертационной работы:

- исследование зависимостей производительности центробежной мельницы вертикального типа, затрат мощности на измельчение и выхода классов крупности - 0,08 мм при размоле минерального сырья от времени испытаний при разной крупности исходного питания, блокировке кольцевого горизонтального зазора между подвижными и неподвижными элементами мельницы, выгрузке измельченного материала через кольцевые просеивающие поверхности, размещенные в нижней кольцевой части рабочего пространства мельницы и роторе мельницы, и использовании рабочего органа с тремя и шестью радиальными рёбрами в ее полости.

- усовершенствование математической модели движения измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы вертикального типа с учетом формы чашеобразного ротора в виде полого усеченного конуса и установкой в полости ротора радиальных ребер.

Исследование закономерностей измельчения минерального сырья разной крупности

Для выявления закономерностей измельчения минерального сырья разной крупности были проведены испытания центробежной мельницы МВ-0,3 (рис. 1).

Рис. I. Схема мельницы МВ-0,3:1 - корпус; 2 - вал ротора; 3 - чашеобразный ротор; 4 -подшипниковые опоры; 5 - внутренний корпус с решетками;

6 - поддон; 7- кольцо с отверстиями; 8 - рама.

Испытания проводились по следующей методике. Частота вращения ротора составляла 310, 360 мин '; высота столба материала над ротором поддерживалась на уровнях 270 и 300 мм, что в относительных значениях составляло 0,6 и 0,9 от диаметра ротора соответственно; зазор в решетках ротора и решетках корпуса - 2 мм; количество ребер, установленных в полости ротора мельницы, принималось равным 3 шт. Время испытаний - 6 час. Измельчаемый материал был представлен доломитом Боснинского месторождения (РСО-Алания) двух узких фракций - 9 + 6 мм и - 12 + 9 мм, пределом прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии - 392 кг/см2 и коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова - 8. Влажность исходного продукта определялась путем взвешивания исходной пробы до и после ее сушки. Замеры частоты вращения ротора, напряжения и тока производились постоянно. Отбор проб и взвешивание измельченного продукта осуществлялся троекратно через каждые 15 мин. Производительность мельницы по готовому продукту замерялась путем заполнения мерной емкости за каждый час работы мельницы и последующего ее взвешивания на весах.

После каждого эксперимента корпус мельницы полностью освобождался от материала, который затем подвергался расситовке по стандартной методике. Цикл измельчения открытый. Вышеописанная серия экспериментов повторялась от 3 до 6 раз. Опыты были рандомизированы с помощью таблицы случайных чисел. Статистический анализ результатов с целью оценки достоверности проводили по стандартной методике.

С целью получения уравнения регрессии для определения производительности центробежной мельницы по готовому продукту использовался метод планирования экспериментов - полный факторный эксперимент типа 2*, где к - число факторов. Ранее было установлено, что наибольшее влияние на параметр оптимизации (производительность) оказывают давление столба материала - (/'); частота вращения ротора - (м) и диаметр частиц - ^ ). Интервал варьирования принимался, исходя из возможных реальных пределов режимов центробежной мельницы.

Опыты были рандомизированы, и порядок их выполнения определялся по таблице случайных чисел. Обработка результатов исследований проводилась по стандартной методике.

В табл. 1 приводятся интервалы варьирования в натуральном выражении и кодировка факторов.

Получено уравнение регрессии для производительности центробежной мельницы по готовому продукту

у = 3,87-0,68-X, + 0,69• х2 + 0,49• х3 + 0,97 • х, • х3 (1)

где х,, х2, х, - кодированные значения давления столба материала, частоты вращения ротора и крупности питания соответственно.

Таблица 1

Интервалы варьирования и кодировка факторов

Уровень варьируемых факторов Обозначение кодовое р, Па со, С </ , мм иср ’

*1 *2 *3

Основной уровень 0 4855 35,06 9,0

Интервал варьирования ' Ах, 975 2,62 1,5

Верхний уровень + 1 5830 37,68 10,5

Нижний уровень -1 3880 32,44 7,5

. Полученное уравнение адекватно при 5 % - ом уровне значимости. Анализ уравнения регрессии (1) показывает, что на параметр оптимизации (производительность) при измельчении частиц крупностью - 9 + 6мми-12 + 9 мм влияет высота столба материала, частота вращения ротора и размер крупности питания мельницы, причем с увеличением высоты столба материала производительность мельницы по готовому продукту снижается, а при увеличении частоты вращения ротора и крупности питания - увеличивается.

Для определения затрат мощности центробежной мельницы использовался метод планирования экспериментов. Интервалы варьирования в натуральном выражении и кодировка факторов приводятся в табл. 1.

Получено уравнение регрессии затрат мощности на измельчение материала

у = 2,43 + 0,62 • л, + 0,27 ■ х2, (2)

где х,, хг - кодированные значения давления столба материала и частоты вращения ротора соответственно.

Полученное уравнение адекватно при 5 %-ом уровне значимости. Анализ выражения (2) показывает, что наибольшее влияние на параметр оптимизации (затраты мощности) при измельчении минерального сырья в центробежной мельнице оказывают высота столба материала и в меньшей степени частота вращения ротора, причем с увеличением этих параметров затраты мощности мельницы повышаются при выбранных уровнях варьирования. Размер крупности питания на затраты мощности влияет незначительно.

Сравнение режимов работы мельницы при установке в полости ротора разного количества ребер

Испытания проводились по методике, приведенной выше. При этом в полости ротора устанавливались три или шесть радиальных ребер. Результаты испытаний приведены на рис. 2.

Из рис. 2а видно, что при высоте столба материала над ротором, равным 180 мм, повышение частоты вращения ротора увеличивает производительность мельницы по готовому продукту при установке в полости ротора 3 или б ребер. В то же время установка в полости ротора трех ребер показывает противоположные результаты: при частоте вращения ротора, равной 360 мин'1, производительность центробежной мельницы по готовому продукту повышается, а при частоте вращения, равной 310 мин-1 - снижается.

Как видно из рис. 26 при высоте столба материала над ротором, равным 270 мм, производительность центробежной мельницы по исходному продукту при установке в полости ротора трех ребер выше, чем при установке шести ребер при принятых частотах вращения ротора. Одновременно увеличение частоты вращения ротора повышает производительность мельницы по готовому продукту.

С целью определения уравнения регрессии для производительности центробежной мельницы по расчетному классу - 0,08 мм при установке в полости ротора трех или шести радиальных ребер использовался метод планирования экспериментов, а именно полный факторный эксперимент типа Т, где к - число факторов.

Время испытаний, ч

а

Время испытаний, ч

6

Рис. 2. Зависимость производительности мелытцы по готовому продукту от времени испытаний при Н = 180мм (а) иН - 270мм (б):

1 - п = 360 мин1, количество ребер - 6; 2 - п = 360 мин1, количество ребер - 3; 3 - п = 310 мин', количество ребер - 6;

4 -п = 310 мин1, количество ребер - 3.

Ранее было установлено, что наибольшее влияние на параметр оптимизации (производительность) оказывают удельное давление материала на чашу - {р); частота вращения ротора - (®) и объем камер, сформированных в полости ротора в пространстве между соседними радиальными ребрами - (у). Опыты были рандомизированы, и порядок их выполнения определялся по таблице случайных чисел.

Интервалы варьирования в натуральном выражении и кодировка факторов принимались исходя из возможных реальных пределов режимов центробежной мельницы по табл. 2.

Интервалы варьирования и кодировка факторов

Уровень варьируемых факторов Обозначение кодовое Па X, О), с ^ У, см3

*2 *3

Основной уровень 0 -'1855 35,06 2475

Интервал варьирования Дх,- 975 2,62 825

Верхний уровень + 1 5830 | 37,68 3300

Нижний уровень -1 3880 | 32,44 1650

Обработку результатов исследований проводили по стандартной методике.

Получено уравнение регрессии для производительности центробежной мельницы по расчетному классу - 0,08 мм:

_у = 1,11 — 0,26 ■ х, - 0,73 • х3 - 0,33 • х, ■ х,, (3)

где х,, х3 - кодированные значения давления материала и объем камер между радиальными ребрами ротора соответственно.

Полученное уравнение адекватно при 5 % -ом уровне значимости. Анализ уравнения регрессии (3) показывает, что наибольшее влияние на производительность мельницы по расчетному классу - 0,08 мм оказывают высота столба материала и количество камер, сформированных в полости ротора между радиальными ребрами (собственно количество ребер ротора, установленных в полости ротора), а частота вращения ротора влияет незначительно. Для повышения выхода кондиционного продукта из мельницы необходимо в полости ротора устанавливать три ребра и принимать нижние пределы высоты столба материала над ротором.

Усовершенствование математической модели движения измельчаемого материала в корпусе центробежной мслышцы

Для определения характера движения измельчаемого материала в корпусе мельницы при установке в полости ротора радиальных ребер было проведено трехмерное компьютерное моделирование движения сыпучей среды в полости мельницы с помощью пакета ОрепРОАМ. Сыпучая среда рассматривалась как несжимаемая ньютоновская жидкость с эквивалентным коэффициентом вязкости ц. Задача решалась при установке во внутренней полости ротора мельницы трех или шести радиальных ребер. Предполагалось, что движение сыпучей среды описывается уравнениями Навье-Стокса:

где р- плотность материала; V - скорость движения материала; V - оператор Гамильтона; Р - давление избыточное над гидростатическим. При этом У-ЬО.

Предполагалось, что цилиндрический корпус центробежной мельницы был неподвижным и на нем задавались условия отсутствия относительной скорости движения измельчаемого материала

где и - радиальная составляющая скорости; V - тангенциальная составляющая скорости; и» - вертикальная составляющая скорости.

Условия отсутствия относительной скорости движения измельчаемого материала задавались также на всей внутренней полости ротора и поверхностях ребер

где со - угловая скорость; г - текущее значение радиуса.

Принималось, что верхняя поверхность столба измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы является горизонтальной, при этом вертикальная составляющая скорости считалась равной нулю w = o, а для горизонтальных составляющих скорости использовались условия:

— = 0; — = 0* (7)

dz dw

Решение проводилось методом конечных объемов SIMPLE.

Проверка теоретических исследований движения измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы осуществлялась на модели мельницы с коэффициентом геометрического подобия равным 2,23, радиусом ротора ОД метра при частоте вращения ротора равной 600 мин'1, высоте столба материала в корпусе - 0,18 м при этом измельчаемый материал имел эквивалентную вязкость ц = 103 м2/с. При построении расчётной сетки в полости ротора использовалась сетка с более мелким шагом, а в рабочем пространстве - сетка с крупным шагом. На рис. 3 показан график тангенциальной скорости вдоль линии, проведенной от оси мельницы к стенке, в плоскости ребра на высоте 0,013 м от верхней кромки ротора для модели с тремя и шестью ребрами.

Тангенциальная скорость на всем графике больше нуля, т.е. обратного движения материала в корпусе центробежной мельницы с тремя и шестью ребрами нет. Около оси мельницы значение тангенциальной скорости

и = 0, v' = 0, w = 0,

(5)

и = 0, v = со ■ г, w - 0,

(6)

минимальны, затем растут до радиальной координаты, равной 0,083 - 0,09 м и резко падают у стенки мельницы, что объясняется условием прилипания на ней. При этом пиковое значение тангенциальной скорости не превышает 2 м/с и несколько ниже для мельницы с тремя ребрами.

----1) (3 ребра)

—и (6 ребер)!

Расстояние от оси к стенки мельницы, м

Рис. 3. График тангенциальной скорости (б) вдоль линии, проведенной от оси мельницы к стенке, на высоте 0,013 м от верхней кромки ротора для модели с тремя и шестью ребрами.

На рис. 4 приведены траектории движения частиц измельчаемого материала, стартующих из центральной части верхней кромки ребра ротора при установке в его полости трех и шести ребер.

Рис. 4. Траектории движения частиц, стартующих из центральной части верхней кромки ребра ротора при установке трех ребер и шести ребер.

Из рис. 4 видно, что такие частицы образуют подвижное ядро, вращающееся почти в горизонтальной плоскости, причем в случае установки в полости ротора шести ребер вертикальные перемещения таких частиц меньше.

Полученные результаты позволяют предположить, что центробежная мельница с тремя ребрами будет измельчать материал эффективнее, поскольку

скорость движения материала в мельнице с тремя ребрами в роторе меньше, чем в мельнице с шестью ребрами. Вертикальные движения частиц в подвижном ядре в такой мельнице более интенсивны, что подтверждается результатами экспериментов.

Сравнение эффективности вариантов эвакуации измельченного продукта из мельницы

На первом этапе эффективность эвакуации измельченного продукта осуществлялась путем сравнения показателей работы мельницы при совмещенной эвакуации измельченного продукта через решетки, установленные в роторе и в периферийной верхней части рабочего пространства, с результатами, полученными при установке просеивающих поверхностей только в роторе мельницы.

Установлено, что при измельчении минерального сырья в центробежной мельнице вертикального типа доля участия решеток, установленных в периферийной нижней части рабочего пространства, составляет от 27 до 32 % от общей массы выпуска измельченного продукта из мельницы, предусматривающей использование двух вариантов выгрузки при высоте столба материала над ротором, равной 0,6 от диаметра ротора и от 26 до 33 % при высоте столба материала над ротором, равной 0,9 от диаметра ротора.

Были проведены сравнительные испытания центробежной мельницы МВ-

0,3 с диаметром ротора 300 мм при раздельном выпуске готового продукта из рабочего пространства через решетки, встроенные в ротор и через решетки, установленные в периферийной части рабочего пространства. Испытания проводились по методике, приведенной выше.

Результаты испытаний представлены в табл. 3. Из табл. 3 видно, что доля участия решеток, установленных в нижней кольцевой части рабочего пространства мельницы в производительности по готовому продукту, составляет в среднем 36,4 %.

Таблица 3

Производительность мельницы по готовому продукту при сравнительных испытаниях решеток, кг/ч

Местоположение просеивающих поверхностей Время испытаний, ч

1 2 3 4 5 6

решетки на периферии 2,90 1,80 1,70 1,35 1,05 0,95

решетки в роторе 5,60 3,00 2,20 2,25 2,05 2,05

Полная характеристика гранулометрического состава продуктов размола при раздельном выпуске измельченного продукта из корпуса мельницы приведена на рис. 5.

Как видно из рис. 5, доля участия решеток, установленных в периферийной нижней части рабочего пространства центробежной мельницы, в выпуске измельченного продукта кл. - 0,04 мм составляет около 15 % от общей массы, что однозначно уменьшает переизмельчение кондиционного продукта, предназначенного для последующего процесса флотационного обогащения минерального сырья.

Размер ячеек сита, мм

Выход через периферийные решетки (в отдельности)

... Выход через роторные решетки (в отдельности)

— Суммарный выход через периферийные и роторные решетки ---Выход только через решетки ротора

Рис. 5. Полная характеристика гранулометрического состава продуктов размола.

Рекомендации по конструктивному исполнению центробежной мельницы и разработка технологии измельчения материалов

В результате теоретических и экспериментальных исследований центробежной мельницы вертикального типа было предложено установить в центробежной мельнице вертикальные полые цилиндры, закрепленные на корпусе и установленные соосно в цилиндрическом корпусе над ротором с образованием кольцевых камер.

Предлагаемый вариант конструктивного исполнения центробежной мельницы приведен на рис. 6. Использование предлагаемой мельницы позволит повысить производительность за счет интенсификации процесса измельчения

материалов и создания в рабочем пространстве высоких значений скоростей взаимного соударения частиц. Получен патент РФ на изобретение «Мельница».

21_

28

22

Л

20

Л

13

_12

_8_

9

24

20

28

ІА

Ж

15_

ІІ 11

6

7

10

Рис. 6. Схема центробежной мельницы с новыми рабочими элементами (разрез):

1 - корпуса; 2 - вал; 3, 4 - подшипниковые опоры; 5 - чашеобразный ротор; б-ребра ротора; 7 - решеткиротора; 9 - ступица ротора; 11-кольцо ротора; 12-кольцо корпуса;

14 - перфорированный цилиндр; 15 - камера для вывода готового продукта 16 - кольцо;

17, 18- вертикальные цилиндры; 24 - сборник; 25 - патрубок; 26 - крышка;

27 - загрузочное отверстие.

В работе предложена технологическая схема получения порошковых материалов с применением центробежной мельницы вертикального типа, представленная на рис. 7.

Рис. 7. Технологическая схема производства порошковых материалов ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основе результатов проведенных исследований изложены научно обоснованные технические решения по снижению переизмельчения минерального сырья при измельчении его в центробежных мельницах вертикального типа. Реализация результатов исследований вносит значительный вклад в теорию и практику процессов самоизмельчения материалов.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Получены математические зависимости производительности центробежной мельницы вертикального типа по готовому продукту и затрат мощности на измельчение материалов от времени испытаний. Они описываются соответственно нелинейной и линейной зависимостями в переходный период, который продолжается от 4 до 6 часов с момента первоначальной загрузки исходного продукта в мельницу, в которой осуществлена блокировка кольцевого зазора между подвижными и неподвижными элементами, а также установлены кольцевые просеивающие поверхности в периферийной нижней части рабочего пространства. Установлено, что наибольшее влияние на производительность оказывает высота столба материала, частота вращения ротора и размер крупности питания

мельницы. Установлено также, что наибольшее влияние на расход мощности оказывает высота столба материала и в меньшей степени частота вращения ротора, причем с увеличением этих параметров расход мощности мельницы повышается при выбранных уровнях варьирования.

2. Разработана математическая модель для производительности центробежной мельницы вертикального типа по расчетному классу (- 0,08 мм) с учетом варьирования высоты столба материала в корпусе мельницы, частоты вращения ротора и количества ребер, установленных в полости ротора. При этом определено, что наибольшее влияние на производительность мельницы по расчетному классу - 0,08 мм оказывают высота столба материала и количество ребер, установленных в полости ротора, а частота вращения ротора влияет незначительно.

3. Усовершенствована математическая модель движения измельчаемого материала в корпусе центробежной мельницы вертикального типа, описываемая системой дифференциальных уравнений Навье-Стокса с учетом исполнения ротора в виде полого перевернутого усеченного конуса и установки в его полости радиальных ребер.

При этом отмечено, что движение материала внутри неподвижного корпуса мельницы начинается от плоскости вращения верхних кромок ребер ротора, у стенок корпуса, и продолжается по восходящей спиралевидной траектории, которая расположена на поверхности параболоида вращения с вершиной на оси мельницы, далее по нисходящей траектории у оси мельницы. При этом происходит формирование подвижного торообразного ядра материала над вращающимися ребрами, высота которого определяется частотой вращения ротора, давлением столба материала, находящегося над ротором и коэффициентом эквивалентной вязкости продуктов измельчения.

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

5. Определено время подвода привода центробежной мельницы к автоматическому режиму после ее включения, которое зависит от количества ребер ротора и гранулометрического состава исходного продукта.

6. Предложена конструкция центробежной мельницы вертикального типа с размещением в ее корпусе дополнительных элементов, использование которой позволит повысить производительность процесса самоизмельчения за

счет создания в рабочем пространстве высоких значений скоростей взаимного соударения частиц.

7. Предложена технологическая схема получения порошковых материалов из сырьевых материалов с применением модернизированной мельницы МВ-1, которая вместе с рекомендациями по реконструкции рабочего пространства центробежной мельницы вертикального типа, закономерностями измельчения минерального сырья принята к использованию ОАО «Кавказцветметпроект» при разработке технической документации на строительство нового предприятия для приготовления порошковых материалов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Хетагуров С.В., Соболев С.Е. Влияние режимов работы центробежной мельницы вертикального типа на эффективность измельчения доломита // Горный информационноаналитический бюллетень МГГУ, №7,2011. - С. 261 -265.

2. Патент РФ Ха 2376063 Мельница // Опубл. в Б.И. №35 от 20.12.2009 г. Авторы: Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Максимов Н.П. Хетагуров С.В. Соболев С.Е.

Публикации в других изданиях.

1. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Соболев С.Е., Хетагуров С.В. Сравнительные испытания эффективности просеивающих поверхностей в центробежной мельнице вертикального типа // Прогрессивные технологии в современном машиностроении - 2011: сб. ст. VII Межд. науч.-техн. конф. -Пенза: ПДЗ, 2011. - С. 69-71.

2. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Хетагуров С.В., Соболев С.Е. Результаты экспериментальных исследований измельчения доломита в центробежной мельнице вертикального типа // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докл. Межд. науч.-техн. конф. Чтения памяти В.Р.Кубачека. - Екатеринбург; Уральская гос. Горногеологическая академия, 2011. - С.264-267.

3. Соболев С.Е., Хетагуров С.В., Минасян Д.Г. Некоторые

закономерности измельчения доломита в центробежной мельнице вертикального типа Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докл. Межд. науч.-техн. конф. Чтения памяти

В.Р.Кубачека. - Екатеринбург; Уральская гос. Горно-геологическая академия, 2011.-С. 267-271.

4. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Хетагуров С.В., Соболев С.Е. Определение оптимальных режимов работы центробежной мельницы вертикального типа // Сборник научных трудов №8, Северо-Осетинское отделение АН Высшей школы РФ, Владикавказ, 2010. - С. 24-29.

5. Хетагуров В.Н, Каменецкий Е.С., Выскребенец А.С, Соболев С.Е., Хетагуров С.В., Плиев В.А. Исследования центробежной мельницы вертикального типа при установке в полости ротора шести ребер //Сборник научных трудов № 9. Северо-Осетинское отделение АН Высшей школы РФ, Владикавказ, 2011. - С. 27-34.

6. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Соболев С.Е., Хетагуров С.В. Эффективность дополнительных просеивающих поверхностей центробежной мельницы вертикального типа // Материалы науч.-практ. конф., посвященной дню эколога «Природа. Общество. Человек», (3 июня 2011 г.) Владикавказ, 2011.-С. 65-68.

7. Хетагуров С.В., Соболев С.Е., Максгшов Н.П. Время подвода привода к автоматическому режиму для центробежной мельницы вертикального типа // Труды молодых ученых 2009, №2. - С. 62-67.

8. Каменецкий Е.С., Минасян Д.Г., Хетаг)>ров В.Н., Соболев С.Е. Современные модели центробежной мельницы вертикального типа с тремя и шестью ребрами // Материалы науч.-практ. конф., посвященной дню эколога «Природа. Общество. Человек», (3 июня 2011 г.) Владикавказ, 2011. - С. 37-40.

9. Соболев С.Е., Хетагуров С.В., Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С. Анализ гранулометрического состава продуктов размола доломита в центробежной мельнице вертикального типа. Труды молодых ученых. Владикавказ: Владикавказ, Изд-во «Терек», 2011, № 2. - С. 145-149.

10. Соболев С.Е. Некоторые закономерности измельчения доломита в центробежной мельнице вертикального типа // Материалы VII Региональной школы-конференции молодых ученых «Владикавказская молодежная математическая школа», Владикавказ, 25-30 июля 2011 года. - С. 96-97.

11. Хетагуров В.Н, Каменецкий Е.С., Выскребенец А.С., Соболев С.Е., Хетагуров С.В. Плиев В.А. Исследования центробежной мельницы вертикального типа при установке в полости ротора шести ребер // Сборник научных трудов № 9 Северо-Осетинское отделение АН Высшей школы РФ, Владикавказ, 2011. - С. 27-35.

Сдано в набор 18.01.12г., подписано в печать 19.01.12г. Гарнитура Таймс. Печать трафаретная. Формат 60x84 1/16, Бумага офсетная. Уел. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №8.

Типография ООО НПКП «МАВР», Лицензия Серия ПД №01107, 362040, г. Владикавказ, ул. Августовских событий, 8, тел. 44-19-31

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Соболев, Сергей Евгеньевич, Владикавказ

61 12-5/1649

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Повышение качества готового продукта при дезинтеграции минерального сырья в центробежной мельнице вертикального

типа

Специальности: 25.00.13 - Обогащение полезных ископаемых 05.05.06 - Горные машины

На правах рукописи

■ .е-

СОБОЛЕВ Сергей Евгеньев

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: д.т.н., проф. Хетагуров В.Н. д.т.н., доц. Выскребенец A.C.

Владикавказ - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 10

1.1. Современное состояние измельчительного оборудования 10

1.2. Современные тенденции развития оборудования для измельчения 11

1.3. Новый способ измельчения материалов и основные результаты исследований работы мельницы типа МАЯ 14

1.4. Основные результаты исследований центробежной мельницы вертикального типа МВ-1

_ ^ оо

1.5. Выбор направления исследовании и их задачи ¿о

Выводы ^

2. ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЫ ПО ОТРАБОТКЕ

РЕЖИМОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЙ 31

2.1. Задачи исследований 31

2.2. Предварительные испытания мельницы МВ-0,3 31

2.3. Исследования центробежной мельницы при измельчении

минерального сырья разной крупности 41

47

Выводы ^

3. СРАВНЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МЕЛЬНИЦЫ ПРИ УСТАНОВКЕ В

ПОЛОСТИ РОТОРА РАЗНОГО КОЛИЧЕСТВА РЕБЕР 49

3.1. Задачи исследований 49

3.2. Исследования центробежной мельницы при установке в полости ротора

шести радиальных ребер 49

3.3. Сравнительные испытания центробежной мельницы при установке в полости ротора трех или шести ребер 52

3.4. Теоретические обоснование количества ребер, установленных

в полости ротора Выводы

4. СРАВНЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МЕЛЬНИЦЫ ПРИ УСТАНОВКЕ РЕШЕТОК В ПОЛОСТИ РОТОРА И НА ПЕРИФЕРИИ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА 67

4.1. Задачи исследований 67

4.2. Испытания центробежной мельницы при установке решеток только

в полости ротора 67

4.3. Оценка эффективности решеток, установленных в периферийной нижней части рабочего пространства мельницы 74

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

и периферии 78

Выводы 83

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МЕЛЬНИЦЫ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 85

5.1. Задачи исследований 85

5.2. Время подвода привода центробежной мельницы вертикального

типа к автоматическому режиму 85

5.3. Рекомендации по конструктивному исполнению центробежной мельницы вертикального типа 89

5.4.Разработка технологической схемы получения порошковых материалов 94

Выводы 95

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 97

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 100

ПРИЛОЖЕНИЯ Н2

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

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

актуальным и своевременным.

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

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

пространства мельницы.

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

Научные положения, защищаемые в работе.

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

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

ребер, установленных в полости ротора, а частота вращения ротора влияет незначительно.

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

вязкости продуктов измельчения.

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

Научная новизна:

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

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

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

полости радиальных ребер.

4. Впервые с учетом блокировки кольцевого зазора между подвижными и

неподвижными элементами центробежной мельницы вертикального типа установлена доля участия просеивающих поверхностей, размещенных в периферийной нижней части рабочего пространства, в общем процессе эвакуации готового продукта.

Научное значение работы:

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

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

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

Практическое значение работы:

- разработаны методики испытания центробежной мельницы вертикального типа и конструктивные решения по эффективной эвакуации готового продукта

из ее рабочего пространства;

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

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

Лостоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных условиях, использованием современных методик и измерительной аппаратуры, внедрением результатов исследований и новых научно-технических разработок в производство, подтвержденных актом внедрения. Все математические модели, представленные в диссертационной работе, адекватны экспериментальным данным с уровнем значимости 0,05.

Реализация выводов и рекомендаций. Основные рекомендации по реконструкции рабочего пространства центробежной мельницы, своевременной эвакуации готового продукта из центробежной мельницы, усовершенствованию

конструкторской документации центробежной мельницы МВ-1 производительностью 5 т/ч, а также результаты по исследованию закономерностей измельчения минерального сырья в модернизированной центробежной мельнице приняты в 2011 г. к использованию ОАО «Кавказцветметпроект» при разработке новой технологической линии размола минерального сырья для получения порошковых продуктов с применением этих мельниц.

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

оборудования СКГМИ (ГТУ), 2011 г.

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

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

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Современное состояние измельчительного оборудования

Среди ряда операций и технологических процессов при переработке полезных ископаемых одним из наименее эффективных считается процесс измельчения. В то же время в последние годы значение измельчения увеличивается, оно распространяется на различные современные технологические циклы, все более часто становясь главной операцией. Это является результатом перехода на все более бедные ископаемые и комплексным подходом к извлечению полезных сырьевых материалов [1-11]. Как известно, измельчение в целом расходует, по различным оценкам, до 8-12 % общего производства энергии в мировом масштабе [12].

Особое место в структуре капитальных затрат современных обогатительных фабрик также занимают операции измельчения, по одним источникам 2730 % [5], по другим 30-35 % [6], при этом техника измельчения руд основана на преимущественном применении шаровых и стержневых барабанных мельниц и в значительно меньшей степени - барабанных мельниц само- и полусамоиз-мельчения, обладающих рядом недостатков.

Применяемые в настоящее время измельчительные машины, среди которых наибольшее распространение получили барабанные мельницы, имеют низкий коэффициент полезного действия, громоздки, характеризуются низкой удельной производительностью, значительным расходом стали на мелющие тела и футеровку, высоким уровнем шума. Кроме того, увеличение крупности питания мельниц на 1 мм увеличивает энергоемкость процесса измельчения и понижает производительность последующих процессов переработки руды, на 1,2-1,5% [12].

Кроме вышеизложенного, в шаровых мельницах частицы материала подвергаются многочисленным и беспорядочным воздействиям со стороны мелющих тел. Процесс измельчения протекает в течение нескольких часов. За это время каждая, даже уже разрушенная, частица продолжает подвергаться воздействию шаров, в результате чего она получает окатанную форму и теряет значительную часть поверхностной энергии из-за наклепа, что является предпосылкой низкой физико-химической активности поверхности. Одновременно происходит и переизмельчение ценного компонента, что отрицательно сказывается на дальнейших циклах переработки рудного материала.

В последнее время ведущей тенденцией повышения технико-экономических показателей работы обогатительных фабрик в отечественной и зарубежной практике оставалось увеличение единичной производительности измельчительного оборудования традиционной конструкции [7]. Увеличение геометрических размеров барабанных мельниц позволяет повысить их единичную производительность, но одновременно вызывает существенные проблемы из-за снижения общей надежности, усложнения работы подшипниковых узлов

и конструкций привода [8].

Несмотря на четырехкратную за последние 100 лет смену технологии ру-доподготовки и очевидный прогресс в данной области, затраты на этот передел возрастают, их доля в общих затратах на обогащение увеличивае�