Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"

МАТІЄГА Василь Михайлович

УДК 66.02:621.926:666.94

Інтенсифікація процесу подрібнення у трубних млинах з активаційними бронефутераціями

Спеціальність 05.17.08 - Процеси та обладнання хімічної технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на | Чернівецькому факультеті Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, кафедра технологічного обладнання машин і механізмів

Науковий керівник | доктор технічних наук, професор,

ТКАЧ Григорій Анатолійович,

Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", кафедра хімічної техніки та промислової екології, завідувач кафедрою

кандидат технічних наук, доцент,

Петрик Михайло Романович,

Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, кафедра обладнання харчових технологій, доцент кафедри

Офіційні опоненти: доктор технічних наук,

Федоткін Ігор Михайлович

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут",

професор кафедри хімічного,

полімерного та силікатного машинобудування

кандидат технічних наук, доцент

Гуляев Франц Антонович

Сумський державний університет, доцент

кафедри процесів і обладнання

хімічних і нафтопереробних виробництв

Провідна установа Національний університет "Львівська

політехніка", кафедра хімічної технології

силікатів

Захист відбудеться 20.05.2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.05, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", 03056, м.Київ, проспект Перемоги, 37, корпус 21, ауд. 212

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут", 03056, м. Київ, проспект Перемоги, 37

Автореферат розісланий 11.04.2002p.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.002.05,

канд. техн. наук, професор Круглицька В.Я.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Трубні млини є найпоширенішим і водночас енергомістким обладнанням для багатотонажного подрібнення різноманітних матеріалів у хімічній промисловості, виробництві будівельних матеріалів, при підготовці руд до збагачення, а також у системах пилоприготування теплових електростанцій. Найперспективнішим напрямком інтенсифікації процесу подрібнення у трубних млинах є реалізація ефективних режимів роботи мелючого завантаження за допомогою бронефутерацій з відповідними робочими профілями. Врахування режимних чинників мелючого завантаження та технологічних параметрів, що створюється бронефутерацією і іншими елементами робочого простору трубних млинів може приводити до зниження на 15-20% питомих витрат енергії. Тому дослідження енерґомістких процесів подрібнення у трубних млинах з активаційними бронефутераціями на сьогоднішній час є особливо актуальним в масштабах національного промислового виробництва.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота спрямована на вагоме скорочення питомих витрат енергії на подрібнення, що відповідає Закону України "Про енергозбереження" та Постанові Кабінету Міністрів України від 5.02.97р. №148 "Про комплексну державну програму енергозбереження України". Робота виконувалась у відповідності з науково-дослідною тематикою НТУ "ХПІ", тема КН-5305 "Розробка енергозберігаючих технологій крупно-тонажного помолу цементу"(1992-1998) .

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є інтенсифікація технологічного процесу багатотонажного подрібнення в трубних млинах на основі дослідження параметрів пульсуючих режимів роботи мелючого завантаження, створюваними активаційними бронефутераціями впродовж усієї тривалості процесу.

Для досягнення цієї мети необхідно послідовно розв`язати наступні задачі:

- розробка концепції якісної зміни характеристик пульсуючих режимів роботи мелючого завантаження в початковій і заключнійстадіях процесу подрібнення;

- розробка робочих профілів і дослідження геометричних та функціональних характеристик активаційних бронефутерацій для кожної стадії процесу подрібнення;

- вивчення і аналіз водоспадного і каскадного пульсуючих режимів роботи мелючого завантаження на стендових моделях, обладнаних активаційними бронефутераціями;

- дослідження процесу подрібнення в початковій (водоспадний режим) і заключній ( каскадний режим) стадіях подрібнення з отриманням математичних моделей і оптимізацією основних конструктивних і технологічних параметрів;

- дослідження сумісної роботи бронефутерацій БАТ-1 і БАТ-2, у відповідності з умовами промислового застосування;

аналіз кінетики процесу подрібнення і дисперсних складів продукту, що відповідають роздільній і сумісній роботі обох типів досліджуваних бронефутерацій;

- розробка на основі результатів досліджень промислового процесу подрібнення в трубних млинах з застосуванням активаційних бронефутерацій БАТ-1 і БАТ-2.

Обєктом дослідження є технолгічне обладнання і процеси багатотонажного подрібнення твердих матеріалів.

Предметом дослідження є процес подрібнення у трубних млинах з активаційними бронефутераціями.

Методи дослідженя. В дисертаційній роботі використовувались експериментальні методи та методи математичного моделювання і оптимізації. Експериментальні дослідження проводились з використанням експериментальних стендових моделей періодичної дії та методів планування експерименту. Дослідження конструктивно-технологічних параметрів окремих стадій процесу подрібнення з активаційними бронефутераціями здійснювалось з використанням математичних методів багатофакторного аналізу та методів оптимізації для багатьох змінних (методу стрімкого сходження).

Наукова новизна одержаних результатів:

- розроблена концепція створення пульсуючих водоспадного та каскадного технологічних режимів процесів подрібнення у трубних млинах з активаційними бронефутераціями;

- встановлено, що пульсуючий рух мелючого завантаження у поперечному перерізі барабана трубного млина може бути реалізований для створення ефективних режимів подрібнення як у початковій, так і заключній стадіях за умови регулювання швидкості зміни кута відриву від найбільшого до найменшого значення;

- обґрунтовані та розроблені принципово нові робочі профілі та досліджені функціонально-геометричні параметри активаційних бронефутерацій;

- розроблені математичні моделі процесів подрібнення із застосуванням активаційних бронефутерацій на основі дробових факторних планів першого і другого порядку для оптимізації конструктивно-технологічних параметріви досліджуваних процесів на початковій і заключних стадіях та їх послідовним суміщенням по тонині помелу, продуктивності процесу та питомій витраті енерґії;

- проведені експериментальні дослідження технологічних режимів по вивченню руху мелючих тіл на модельних трубних млинах з активаційними бронефутераціями БАТ-1 і БАТ-2, та здійснена перевірка на адекватність розроблених математичних моделей за результатами експериментів і їх узагальнення;

- з використанням розроблених автором математичних моделей та проведених експериментів методом стрімкого сходження здійснена багатофакторна оптимізація конструктивно-технологічних параметрів активаційних бронефутерацій БАТ-1 і БАТ-2 за різними критеріями ресурсо-та енергозбереження (повної поверхні подрібнюваного матеріалу S, тонкості помелу R008, R315 , питомої витрати енергії A/S) та отримані поверхні відклику цільових функцій у широкому діапазоні зміни варійованих режимно-технологічних чинників (кількості функціональних дільниць, амплітуди кута відриву, коефіцієнта завантаження мелючими тілами, відносної частоти обертання барабана, коефіці нта заповнення подрібнювального матеріалу).

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені математичні моделі та створене з застосуванням результатів експериментальних досліджень комплексне обладнання для багатотонажного помелу з використанням активаційних бронефутерацій з метою досягнення високих результатів процесу подрібнення по найбільшій тонині продукту, продуктивності млина або питомій витраті енерґії. Автором розроблена методика проектування, монтажу та експлуатації активаційних бронефутерацій у промислових трубних млинах. Отримані наукові результати впроваджені у виробництво на заводах цементної промисловості, а саме, технічна документація на технологічний процес багатотонажного подрібнення у трубних млинах із застосуванням активаційних бронефутерацій передана Кам'янець-Подільському цементному заводу та ВАТ ”Балцем” м. Балаклія Харківської області.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто створена концепція створення пульсуючих водоспадного та каскадного режимів подрібнення у трубному млині. Розроблені профілі активаційних бронефутерацій БАТ-1 та БАТ-2 і досліджені їх конструктивно-технологічні параметри. Розроблені математичні моделі та проведені натурні і чисельні експерименти по вивченню руху мелючих тіл у поперечному перерізі барабану та процесу подрібнення у модельних млинах з активаційними бронефутераціями. Розроблені основи проектування активаційних бронефутерацій, які впроваджені на Кам'янець-Подільському цементному заводі та ВАТ ”Балцем”. Всі результати, що складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно і повністю опубліковані в одноосібних статтях у фахових виданнях, затверджених ВАК України [1-4]. В публікаціях, які додатково висвітлюють результати дисертації і написані у співавторстві, дисертанту належать: у праці [5] - розробка методики досліджень, побудова та аналіз математичних моделей, у праці [6] - автору належать дослідження бронефутерації БАТ-2 для трубних млинів, у праці [7] авторові належать методи розрахунку основних параметрів бронефутерації для початкової стадії подрібнення у трубних млинах, у праці [8] - дані про перспективний напрямок вдосконалення багатотонажного подрібнення, зокрема при переробці твердих промислових відходів, у праці [9] - обґрунтування доцільності та методика реалізації дробових факторних та центральних композиційних планів при дослідженні двостадійного процесу подрібнення.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на Міжнародній науково-технічній конференції "Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье" (м. Харків, 1997 р.), Четвертій науково-технічній конференції "Проґресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні"(м.Тернопіль, 2000р.), Другому міжнародному смакуловому симфозіумі (м. Тернопіль, 2000р.), Шостій міжнародній конференції "Гідромеханіка в інженерній практиці"(м.Харків, 2001р.), науково-технічних нарадах на Кам'янець-Подільському цементному заводі (1996 р.), ВАТ "БАЛцем" (1999, 2000 р.р.) та на наукових семінарах кафедри хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету "ХПІ", науковому семінарі Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя.

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані у 11-ти наукових працях, із них 8 статей та 3 публікації праць конференцій. Шість статей опубліковані у провідних фахових виданнях, затверджених ВАК України, 5 з яких написані без співавторів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел з 174 найменувань, додатку і викладена на 161 сторінці машинопису, серед яких 22 таблиці та 42 рисунки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі проведено аналіз сучасного стану та шляхів розвитку техніки і технології багатотонажного подрібнення. Показано, що на протязі тривалого часу у якості основного обладнання для подрібнення високоабразивних міцних матеріалів є трубні кульові млини, що в найбільшій мірі відповідають комплексу вимог промислового виробництва. Серед багатьох напрямків вдосконалення техніки і технології подрібнення у трубних млинах найбільшої уваги заслуговує створення нових ефективних режимів роботи мелючого завантаження за допомогою модернізації існуючих та розробки нових робочих органів з допомогою спеціальних видів бронефутерацій. Першою з використовуваних бронефутераційх була "кутова спіральна бронефутерація" Е.Айґнера. Подальші дослідження цієї бронефутерації були проведені А.О.Змарадою, який зокрема запропонував для оцінки періодичного руху мелючих тіл залежність:

, (1)

де - кут відриву мелючих тіл від поверхні бронефутерації;

- відносна частота обертання барабану у долях від критичної;

- відношення відстані від осі обертання до будь-якої точки профілю бронефутерації до радіусу кола, описаного відносно цього профілю;

- кут скиду, який знаходиться між дотичною до профілю та перпендикуляром до радіусу у даній точці.

Подальші дослідження та промислове впровадження бронефутерацій вимагають урахування особливостей режимів роботи мелючого завантаження у початковій та заключній стадіях процесу подрібнення за допомогою спеціальних робочих профілів бронефутерацій.

У другому розділі поданий опис експериментальної установки, приладів, додаткового обладнання та матеріалів. Викладена методика проведення експериментів. В якості експериментальних моделей використовувались моделі із прозорим та металевим дном, імпульсні та галогенні освітлювачі, відповідна вимірювальна та кіно- фотоапаратура. Експерименти по вивченню процесу подрібнення проводилися на клінкері обертових печей. Експериментальні дослідження проводилися із застосуванням сучасних математичних методів планування експерименту на ЕОМ, у тому числі з використанням факторних статистичних планів першого та другого порядків. Визначалися також кінетика та дисперсний склад продуктів. Були застосовані ситовий та седиментаційний аналізи, а також визначення питомої поверхні продукту на приладі типу ПСХ.

Далі у цьому ж розділі подані результати досліджень механіки мелючого завантаження у млинах з активаційними бронефутераціями. Амплітуда А0 коливань кута відриву за формулою (1) дорівнює подвоєному значенню кута скиду . Для роботи активаційних бронефутерацій характерна також низка специфічних моментів, серед яких найважливішими є можливість викидання мелючих тіл на оголену поверхню бронефутерації при зменшенні кута відриву на першій стадії подрібнення та виникнення елементів водоспадного режиму в заключній стадії процесу, що обумовлюється тією ж причиною. Проведені розрахунки, а також експериментальне вивчення показали, що такого ризику не існує. Це дало можливість побудувати робочі профілі бронефутерацій БАТ-1 та БАТ-2 ( рис 1.). Для БАТ-1, функціональна ділянка обмежена точками А і С з миттєвою зміною кута скиду від найбільшого додатнього до найбільшого негативного значення у точці В. Кривизна дуг оцінюється співвідношенням . Кут скиду та відносна відстань будь-якої точки профілю від осі обертання визначається за формулами:

, (2)

де - поточне, відповідне даній точці профілю значення кута.

На рис. 2, а побудувана характеристика кута скиду при повороті барабану на кут що відповідний ділянці АС. Кут відриву має стрибок у центрі ділянки АС, що, призвело до відриву компактної маси мелючих тіл від поверхні бронефутерації. Це було зафіксовано у фото- та кінозйомках і свідчить про наявність ефективного водоспадного пульсуючого режиму.

Зменшення об'єму помольної камери Sc/S0 при обладнанні бронефутерацією БАТ-1 визначається за формулою:

(3)

Поширені бронефутерації зменшують об'єм камер млина до значень Sc/S0=0,850.87. Бронефутерація БАТ-1 не перевищує такої втрати об'єму при п=5 та 6 і ->0,5. Зменшення радіусів r за деяких меж може розірвати профіль БАТ-1. Щоб запобігти цьому, треба врахувати співвідношення . На відміну від БАТ-1, робочий профіль БАТ-2 визначається дугами, більшими ніж радіус кола, описаного відносно профілю ( рис. 1.), тобто . Половина центрального кута функціональної ділянки визначається . Кут скиду у будь-якій точці профілю

(4)

Відносна відстань точки профілю від центра обертання . Розраховані значення та з використанням формули (1) дозволили побудувати залежність кута відрив від кута повороту барабана вд у межах центрального кута (див. рис. 2, б)

Цей профіль забезпечує гранично повільний перехід від найбільшого позитивного до найбільшого негативного значення , що дозволяє запобігти одночасного відриву частини мелючого завантаження від поверхні бронефутерації. Дані фото-кінозйомок підтвердили наявність усталеного каскадного режиму у широкому диапазоні) відносної частоти обертання млина.

Рис.1. Розрахункові схеми робочих профілів активаційних бронефутерацій

Рис. 2. Характеристика зміни кута відриву при повороті барабану на кут , відповідний розміру однієї функціональної ділянки активаційної бронефутерації

У третьому розділі подані результати дослідження процесу подрібнення у модельних млинах, обладнаних активаційними бронефутераціями. На рис. 3. показана блок-схема, за якою була побудована ця частина роботи. Після серії попередніх експериментів та аналізу кінетики подрібнення за допомогою БАТ-1 і БАТ-2 у початковій та заключній стадіях, було проведено паралельне дослідження роботи обох типів активаційних бронефутерацій. Використовувся факторний план типу ДФЕ 25-2 за цільовими функціями у вигляді залишку на ситі 80 мкм R008, %, повної поверхні продукту S, м2, та питомої витрати енергії А/S, кДж/м2. У якості змінних параметрів були вибрані кількість функціональних ділянок n (X1), амплітуда коливань кута відриву , (Х2), відносна частота обертання ? (Х3), коефіцієнт заповнення мелючими тілами (Х4) та подрібнюваним матеріалом q (X5). Кодування змінних параметрів для БАТ-1 у спрощеному запису виглядає так:

(5)

Проведення рандомізованої серії експериментів, розрахунок коефіцієнтів та статистична обробка дозволили одержати такі моделі:

- за цільовою функцією R008

(6)

- за цільовою функцією S

(7)

- за цільовою функцією A/S

(8)

Після цього за всіма цільовими функціями були одержані опти-мальні значення змінних параметров методом стрімкого сходження (Бокса-Уілсона) - див. таблицю.

По найважливішій цільовій функції A/S, яка є комплексним показником енерго-ресурсозбереження досліджуваного процесу, майже стаціонарна область була описана моделлю другого порядку за допомогою центрального композиційного плану ЦКОП по трьох технологічних параметрах:

(9)

Нульові рівні змінних параметрів відповідали їх оптимальним значенням, одержаним згідно рівняння (14), Після реалізації плану та відповідної обробки була одержана модель другого порядку, яка після канонічного перетворення набула вигляду:

(10)

Математична модель (10) дозволяє провести розрахунок процесу подрібнення за будь-якими двома змінними параметрами, маючи фіксованим третій, що від-повідає умовам промислового використання. Після цього було проведено дослідження кінетики подрібнення БАТ-1 у порівнянні з хвилястою, поличною та гладкою циліндричною бронефутераціями. Встановлено, що ефективність подрібнення БАТ-1 у порівнянні з найближчою до неї по активності режиму хвилястою складає до 40%. Дисперсний склад продукту характеризувався меншою шириною розподілення, що повинно позитивно відбитись у промислових умовах.

Аналогічна процедура дослідження була реалізована і для бронефутерації БАТ-2. Кодування змінних параметрів у цьому випадку виглядає так:

Лінійні математичні моделі:

- за цільовою функцією r008

(11)

- за цільовою функцією S

(12)

- за цільовою функцією А/S

(13)

З використанням кожної із цільових функцій була проведена процедура стрімкого сходження з одержанням оптимальних рівнів змінних параметрів (див. таблицю).

Таблиця

Оптимальні значення конструктивно-технологічних параметрів процесу подрібнення у млинах з активаційними бронефутераціями БАТ-1 та БАТ-2.

Параметр оцінки процесу подрібнення |

Початкова стадія процесу

(БАТ-1) |

Заключна стадія процесу

(БАТ-2)

n | а0 | | | q | n | а0 | q

R008, % | 6 | 44 | 0.76 | 0,27 | 0,09 | 6 | 35 | 0,80 | 0,36 | 0,09

S | 6 | 50 | 0,78 | 0,31 | 0,23 | 6 | 35 | 0,76 | 0,40 | 0.23

А/S, кДж/м2 | 6 | 50 | 0,74 | 0,29 | 0,12 | 6 | 35 | 0.72 | 0,34 | 0,11

З використанням цільової функції А/S також була одержана математична модель другого порядку при змінних параметрах ?(x1=0,72±0,05);ц(x2=0,34±0,05), q(x3=0,11±0,05). Ця модель в канонічній формі має вигляд:

. (14)

При порівняльному дослідженні кінетики подрібнення на БАТ-2 та хвилястій, поличній та гладкій циліндричній бронефутераціях була встановлена ще більша ефективність, ніж у випадку з БАТ-1, по-рівняно з хвилястою - до 50%. Дисперсний склад продукту подрібнення відрізнявся переважним змістом фракцій менш за 50 мкм.

Результати, одержані при дослідженні процесу подрібнення на бронефутераціях БАТ-1 та БАТ-2 були використані для дослідження двохстадійного процесу подрібнення із послідовним застосуванням цих бронефутерацій. Для дослідження комплексної роботи бронефутерацій БАТ-1 і БАТ-2 був застосований найдосконаліший композиційний рототабельний план з використанням цільової функції A/S. У якості змінних параметрів використані: відносна частота обертання - середня між оптимальними значеннями БАТ-1 та БАТ-2 у(х1=0,73±0,07), коефіцієнт заповнення подрібнюваним матеріалом q(x2=0,12±0,03) та співвідно-шення часу подрібнення на БАТ-1 та БАТ-2, що імітує спів-відношення довжин камер трубного млина, t1/t2(x3=1,0±0,2). Одержана модель другого порядку у канонічній формі має вигляд:

. (15)

Ця математична модель дає змогу розрахувати процес подрібнення не тільки в млинах, що використовуються, але й одержати дані, необхідні при проектуванні нових типів млинів.

Дослідження кінетики та дисперсних складів продукту дозволили встановити вельми ефективний хід процесу, зокрема для досягнення R008=20% потрібен час, коротший на 40%. ніж на хвилястій бронефутерації, і дедалі ця різниця збільшується. Дисперсний склад продукту відрізнявся високим змістом фракцій менш за 50 мкм.

У четвертому розділі подані основи проектування процесу подрібнення з використанням бронефутерацій БАТ-1 та БАТ-2. Наведені у таблиці оптимальні значення змінних параметрів дозволяють налагодити промисловий трубний млин на одержання підвищеної тонини помелу, продуктивності процесу або найменшої питомої витрати енергії. Найефективніше млин може бути налаштований на мінімізацію останньої цільової функції (A/S) з використанням моделей (10) та (14). Для цього достатньо побудувати двомірний переріз поверхні відгуку по параметрах ? та q при фіксованому рівні ?, відповідному до привода млина. При проектуванні нового млина слід використати модель (15), що дозволяє вибирати потрібну частоту обертання та оцінювати питому витрату енергії.

Розробка конструкцій та виготовлення бронеплит для створення БАТ-1 та БАТ-2 принципово не відрізняється від звичайних. Різниця полягає лише у тому, що в процесі конструювання треба спочатку побудувати профіль функціональної ділянки, розбити його на окремі бронеплити і профіль кожної бронеплити будувати як складову частину загальної форми ділянки. Бронеплити складаються у кільцеві секції, що мають кутові зміщення одна відносно другої (див. рис. 3). В результаті створюється ступінчастий гвинт, орієнтований таким чином, щоб відтискувати мелюче завантаження від торцевих елементів: завантажувального дна, міжкамерної перепони та вихідної решітки. Це обмежить зношування останніх, а також поліпшить умови аспірації млина.

ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі експериментально обґрунтовані і теоретично досліджені технологічні процеси подрібнення в трубних млинах з використанням активаційних бронефутерацій з метою пошуку і визначення оптимальних параметрів роботи млинів з позиції енерґо- та ресурсозбереження. Розроблена концепція створення пульсуючих водоспадного та каскадного технологічних режимів процесів подрібнення з активаційними бронефутераціями, що дозволила розширити зону активного подріб-нення при падінні мелючих тіл, підвищити ефективність роботи завантаження у внутрішніх шарах і в результаті - забезпечити більшу повноту передачі енергії подрібнювання від мелючих тіл часткам матеріалу.

2. Виявлена специфіка початкової та заключної стадій процесу подрібнення з використанням пульсуючих режимів мелючого завантаження з допомогою активаційних бронефутерацій, яка полягає у тому, що в початковій стадії перевага надається одночасному відриву частини мелючих тіл від поверхні бронефутерації, а у заключній стадії характерний "точковий" відрив із збереженням значних коливань кута відриву.

3. Автором обґрунтовані і розроблені робочі профілі та досліджені функціонально-геометричні параметри активаційних бронефутерацій, принципова особливість яких полягає в тому, що вони забезпечують різну швидкість зміни умов зчеплення по довжині функціональної ділянки і кута відриву мелючих тіл ( миттєвий перехід умов зчеплення від максимуму до мінімуму). Для бронефутерації БАТ-1 це є пульсуючий водоспадний режим або гранично "м'який" перехід,

впродовж повороту барабану на кут, що відповідає одній функціональній ділянці бронефутерації у межах від ?/2 до ?/3. Для бронефутерації БАТ-2 це є пульсуючий каскадний режим.

4. Запропоновані автором бронефутерації БАТ-1 та БАТ-2 забезпечують високоефективні режими роботи мелючих тіл на всьому протязі процесу. Амплітуда коливань кута відриву завантаження може досягти 50° та більше, що є близькою до межі практичної необхідності. Робочі об'єми помольних камер, обладнаних активаційними бронефутераціями, суттєво не зменшуються при цьому у порівнянні з поширеними типами бронефутерацій.

5. Встановлено, що збільшення рівня відриву мелючих тіл над розрахунковим оптимальним, що характеризується кутом відриву, складає 550 не приводить до зниження інтенсивності подрібнення, оскільки зона падіння мелючих тіл в реальних умовах знаходиться не на поверхні барабану, а в шарі тіл, що утворюють п'яту завантаження.

В межах зменшення кута відриву впритул до значення 400 ефективність режиму мелючих тіл не спадає, а зростає.

6. Автором отримані на основі дробових факторних планів та експериментальних даних математичні моделі першого і другого порядку, з допомогою яких здійснена багатофакторна оптимізація конструктивно-технологічних параметрів процесу подрібнення у модельних млинах, обладнаних активаційними бронефутераціями ефективність на обох стадіях подрібнення з використанням таких показників, як залишок на ситі 80 мкм, повна поверхня продукту та питома витрата енергії. За даними цільових функцій, отримані оптимальні рівні конструктивно-технологічних параметрів подрібнення з використанням бронефутерацій БАТ-1 і БАТ-2, які можуть бути застосовані для розв'язання широкого кола задач промислового застосування.

а -БАТ-1, б - БАТ-2

Рис. 3. Загальний вигляд активаційних бронефутерацій

7. Комплексне дослідження процесу подрібнення, що складається з двох послідовних стадій: початкового подрібнення із застосуванням бронефутерації БАТ-1 та кінцевого тонкого помелу із застосуванням бронефутерації БАТ-2, дозволило визначити суттєве підвищення ефективності процесу подрібнення в порівнянні з розповсюдженими типами бронефутерацій - хвилястою (до 40%) і поличною (до 70%).

8. Дисперсний склад продуктів подрібнення, отриманих в модельних млинах з БАТ-1 і БАТ-2, відрізняється малою широтою розподілу і підвищеним вмістом фракції 5-50 мкм. У двостадійному процесі подрібнення (БАТ-1+БАТ-2) варіювання дисперсного складу продуктів можливе шляхом зміни співвідношення часу подрібнення на першій і другій стадії.

9. Результати дослідження можуть бути використані для розробки конструкцій, схем монтажу активаційних бронефутерацій та параметрів роботи промислових трубних млинів різноманітних типорозмірів, технологічного налагодження трубних млинів або їх окремих камер, обладнаних активаційними бронефутераціями з метою на підвищення дисперсності продукту, продуктивності процесу та зниження питомої витрати енергії при подрібнюванні, при проектуванні нових трубних млинів.

10. Промислове впровадження результатів дослідження не потребує додаткових капітальних та експлуатаційних витрат. Результати роботи впроваджені до використання на Кам'янець-Подільському цементному заводі та ВАТ "Балцем", м. Балаклія, Харківської обл. Очікується підвищення продуктивності процесу подрібнення на 20-25% при скороченні питомої витрати енерґії у тих же межах. Економічний ефект на один млин продуктивністю 50 т/год складе 65-80 тис. грн на рік. Результати роботи можуть бути застосовані в хімічній, гірничозбагачувальній, енерґетичній та інших галузях промисловості, де використовуються трубні (кульові) млини.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Матієга В.М. Дослідження процесу подрібнення у модельних млинах, обладнаними активаційними бронефутераціями//Вісник Тернопільського державного технічного університету—1998.—Т.3. –Число 4.—С.29–32.

2. Матієга В.М. Механіка руху мелючих тіл в млинах з активаційними бронефутераціями//Вісник Тернопільського державного технічного університету—1999.—Т.4. – Число 2.—С.19–24.

3. Матієга В.М. Моделювання та дослідження двостадійного процесу подрібнення цементних шихт в трубних млинах з активаційними бронефутераціями//Вісник Тернопільського державного технічного університету –1999.—Т.4. –Число 4.—С.35–39.

4. Матиега В.М. Исследование и технология измельчения цемента в крупнотонажных мельницах //Весник Национального технического университета"Харьковский политехнический институт" – 2001.— Вып. 129. "Технологии в машиносторении". – Ч.1.—С.354–358.

5. Змарада А.А., Матиега В.М., Тверитникова Е.Е. Исследование двухстадийного процесса измельчения цементных шихт в трубных мельницах с активирующими бронефутеровками. // Сб. научн. тр. ХГПУ, т.1.: Экология химической техники и биотехнологии. – 1996.– С. 69-74.

6. Змарада А.А., Матиега В.М., Тверитникова Е.Е. Функциональные характеристики бронефутеровок трубных мельниц для стадии тонкого измельчения. // Сб. научн. тр. ХГПУ, т.2.: Экология и ресурсосбережение. – 1997.– С.14-20.

7. Матієга В.М., Дабула К.М. Функціональні характеристики активуючої бронефутерації для перших камер трубних млинів цементних підприємств. // 36. наук. пр. : Дослідження математичних моделей.- К.: Ін-т математики HAH України. – 1997.– С.157-166.

8. Змарада А.А., Матиега В.М.,Котляров С.В. Измельчение отходов в подготовке их к утилизации // Сб. научн. тр. Харьк. ин-та соц. прогресса.– Вип.1. Харьков.–1996.– С.196-198.

9. Змарада А.А., Матиега В.М., Тверитникова Е.Е. Исследование пульсирующего режима мелющей загрузки трубной мельницы с помощью статистических планов // Тр. межд. научн. тех. конф. " Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье".–Ч.4.– Харьков: ХГПУ.–1997.– С.350-353.

10. Матієга В. Математичне моделювання процесу подрібнення у трубних млинах з використанням активаційних бронефутерацій БАТ-2//Матер. 4-ої науково-практичної конференції "Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні"-Тернопіль: ТДТУ ім.Ів.Пулюя.- 2000.-С.175.

11. Матієга В. Моделювання фізичної кінетики процесів подрібнення в екотехнологічних системах ресурсозбереження замкнутого циклу// Фундаментальні проблеми сучасної фізики. Матеріали другого міжнародного Смакулового симфозіуму.- Тернопіль: ТДТУ, Джура, 2000.-С. 56-57.

АНОТАЦІЇ

Матіега В.М. Інтенсифікація процесу подрібнення у трубник млинах з активуючим бронефутераціями. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 - процеси та обладнання хімічної технології.

Чернівецький факультет Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут", м. Чернівці, 2002 р.

Захищається рукопис, що містить результати дослідження та розробки процесу подрібнення у трубних млинах з активаційними бронефутераціями.

Запропонована концепція інтенсифікації процесу подрібнення у трубних млинах за рахунок зміни характеристики пульсуючого руху мелючого завантаження вздовж барабану. Створені нові типи активаційних бронефутерацій та визначені їх функціонально-геометричні характеристики. Розроблений ряд математичних моделей для окремих стадій та двохстадійного процесу подрібнення.

Результати досліджень та розроблені рекомендації впровадженні на Кам'янець-Подільському цементному заводі та ВАТ ”Балцем” м. Балаклія Харківської області. Вони можуть бути використані також в хімічній та ряді інших галузей промисловості.

Ключові слова: трубний млин, пульсуючий режим, активаційна бронефутерація, продуктивність, енерговитрати, дисперсність продукту.

Матиега В.М. Интенсификация процесса измельчения в трубных мельницах с активирующими бронефутеровкими. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.08 - процессы и оборудование химической технологии.

Черновицкий факультет Национального технического университета "Харьковский политехнический институт", г. Черновцы, 2002 г.

Защищается рукопись, которая содержит результаты исследования и разработки процесса измельчения в трубных мельницах с активирующими броне футеровками. На основе анализа совремнного состояния и основных путей развития техники и технологии крупнотонажного помола установленно, что одним из перспективных направлений интенсификации процесса есть реализация новых ефективных режимов роботи мелющей загрузки трубних мельниц. Возникающие при этом пульсации мелющей загрузки в поперечном сечении барабана можно вариировать таким способом, чтоб они отвечали соответствующей стадии дробления и дисперсности продуктf на ней. При этом сохранятся одно из найважнейших качеств рабочого процесса трубных мельницах: постепенное увеличение дисперсности по длине барабана и получения необходимого ґранулометрического состава измельчаемого материала. Комплексное иследование всех стадий процесса измельчения у трубных мельницах дало возможность для каждой стадии разработать свой профиль бронефутеровки, что найблее отвечает специфике работы стадии и не противоречит практике, что сложилась при обычных режимах роботы мельниц. Поскольку бронефутеровки, что создают пульсирующий режим работы мелющей загрузки, обеспечивают более полную передачу енергии от измельчающих тел измельчаемому материалу, то такие бронефутеровки названы активирующими : БАТ-1 - активирующая бронефутеровка, что создает пульсирующий водоспадный режим в начальной стадии процесса и БАТ-2 - активирующая бронефутеровка, что создает пульсирующий каскадний режим при тонком измельчении. В работе предложена концепция интенсификации процесса измельчения в трубных мельницах за счёт изменения характеристики пульсирующего движения мелющей загрузки по длине барабана. Созданы новые типы активирующих бронефутеровок и определены их функционально-геометрические характеристики. Разработан ряд математических моделей для отдельных стадий и двухстадийного процесса измельчения. Автором полученны на основании дробных факторных планов и экспериментальных данных математические модели первого и второго порядков, при помощи которых произведена многофакторная оптимизация конструктивно-технологических параметров процесса измельчения у модельних мельницах, оборудованых активирующими бронефутеровками. Ефективность на обох стадиях измельчения определялась с использованием таких показателей, как остаток на сите 80 мкм, полная поверхность продукта и удельный расход енергии. За даными целевых функций, получены оптимальные уровни конструктивно-технологических параметров измельчения с использованием бронефутеровок БАТ-1 и БАТ-2, которые могут быть использованы при решении широкого круга задач промышленного использования.

Одним из наиболее перспективных путей интенсификации процесса измельчения в трубных мельницах является реализация пульсирующего режима работы мелющих тел в поперечном сечении барабана с помощью бронефутеровок, рабочий профиль которых позволяет создать переменный угол отрыва мелющих тел.. Эффективность разработок в этой области может быть повышена путем комплексного изучения процеса измельчения, включая начальную и заключительную стадии с определением наилучших параметрв процесса на каждой из них. Специфика начальной и заключительной стадий процесса измельчения с помощью активирующих бронефутеровок БАТ-1 и БАТ-2 состоит в том, что в начальной стадии процесса предпочтителен одновременный отрыв части мелющих тел от поверхности бронефутеровки, а заключительной- ”точечный” отрыв мелющих тел с сохранением пульсирующего режима. Бронефутеровки БАТ-1 и БАТ-2 обеспечивают весьма активный режим работы мелющих тел на всем протяжении процесса измельчения. Амплитуда колебаний угла отрыва при этом может достигать 500 и более. Рабочий объем помольных камер практически не уменшается в сравнении с распространенными типами бронефутеровок. Установлено, что увеличение уровня отрыва мелючих тел над расчетным оптимальным, что характеризируется кутом отдрыва, составляет 550 не приводить до снижения интенсивности измельчения, поскольку падения измельчаемых тел в реальных условиях находиться не на поверхности барабана, а в шаре тел, что создают пяту загрузки.

Процесс измельчения в модельних мельницах, оборудаваных активирующими бронефутеровками, имеет весьма высокую эфективность по таким показателям, как остаток на сите 80 мкм, полной поверхности продукта и удельному расходу энергии. Полученные линейные и квадратичны модели по указаным целевым фукнкциям позволяют использовать оптимальные уровни переменных на обеих стадиях процесса измельчения. Процес измельчения с применением активирующих бронефутеровок исследован также при совместной последовательной работе БАТ-1 и БАТ-2. Получено существенное повышение эфективности процеса по сравнении с распространенными типами бронефутеровок - волнистой (до 40%) и полочной (до 70%). Дисперсный состав продуктов измельчения, полученых в модельных мельницах с БАТ-1 и БАТ-2, отличается малой широтой распределения и повышеным содержанием фракции 5-30 мкм. У двостадийном процессе измельчения (БАТ-1 + БАТ-2) вариирование дисперсного состава продуктов возможно путем изменения соотношения времени измельчения на первой и второй стадии.

Использование результатов исследования возможно как путем расчета основных технологических параметров процесса, так и при конструировании активирующих бронефутеровок для различных типов трубных мельниц. Конструкции бронефутеровок БАТ-1 и БАТ-2 просты и технологичны в изготовлении.

Результаты исследований и разработаные рекомендации внедрены на Каменец-Подольском цементном заводе Хмельницкой области и ВАТ ”Балцем” (г. Балаклея Харьковской области). Они могут быть использованы также в химической и ряде других отраслей промышленности.

Ключевые слова: трубная мельница, пульсирующий режим, активирующая бронефутеровка, производительность, энергозатраты, дисперсность продукта.

Matiega V.M. Intensification of the grinding process in the tube mills with activating armored linings.

Thesis for Candidate of science degree on speciality 05.17.08 - process and equipmens of chemical technolodgy.

The Thernivtsi Department of The National Technical University "The Kharkiv Polytechnic Institut", Thernivtsi of 2001.

The defended thesis contains results of the research and development of the grinding process in the tube mills with activating armored linings.

The concept of intensification of the grinding process in the tube mills at the expense of change of the pulsating movement of the grinding load along the drum's length is offered. New types of activating armored linings arc made and their functional and geometric characteristics are defined. A number of mathematical models for individual stages and two-stage grinding process are developed.

The research results are taken to implementation by the Kamenets-Podolsk cement plant and VAT ”Balcem”, Balaklia. They may be used in the chemical and a number of other branches of industry as well.

Key words: tube mill, pulsating mode, activating armored lining, capacity, power consumption, degree of dispersion of the product.