Національна металургійна академія України

ШВЕД СЕРГІЙ ВІТАЛІЙОВИЧ

УДК 669.162.24:621.928.2

УДОСКОНАЛЕННЯ МАШИН

ДЛЯ СОРТУВАННЯ МЕТАЛУРГІЙНОЇ ШИХТИ

НА БАЗІ СТВОРЕННЯ НЕОДНОРІДНИХ ТИМЧАСОВИХ КОЛИВАНЬ

05.05.08 - Машини для металургійного виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2008

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано на кафедрі “Механічне обладнання металургійних заводів”

Криворізького металургійного факультету

Національної металургійної академії України Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

Офіційні опоненти:

Захист відбудеться “_19_” _лютого_2008 р. о __1230_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03 Національної металургійної академії України, за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці

Національної металургійної академії України 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4

Автореферат розісланий “_14_” __січня__2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 08.084.03, д.т.н., проф. Л. В. Камкина

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Одним із напрямів розвитку чорної металургії України є підвищення якості випускаємої продукції, при одночасному зниженні енерговитрат, що забезпечує конкурентоспроможність українських підприємств на світовому ринку.

Для виконання поставленої задачі необхідно розробляти і упроваджувати нове високоефективне і високопродуктивне устаткування, або удосконалити те, що існує. Зниження енерговитрат може бути досягнуто на стадії підготовки шихти перед спіканням і плавкою за рахунок поліпшення її гранулометричного складу. Одним з основних методів, який використовується при підготовці шихти перед плавкою, є відсів її некондиційних фракцій, котрий здійснюється на спеціальних вібраційних грохотах. У системах шихтопідготовок домених печей використовується велика кількість різних типів і модифікацій грохотів, проте ефективність їх функціонування залишається низькою, що погіршує якість підготовки сировини перед плавкою окремо. Потребує вирішення питання підвищення ефективності відсіву некондиційної частини агломерату та обкотишів для систем шихтопідготовок доменних печей об'ємом 2000ч2700 м3, де обмежені площі і об'єми підбункерних приміщень, унаслідок чого потрібно знайти засоби, що дозволяють поліпшити якість підготовки шихти без збільшення габаритних розмірів устаткування або кількості використовуваних каналів подачі сировини.

Тому, науково обґрунтовані технічні рішення, направлені на удосконалення грохотів, що дозволяють забезпечувати необхідну ефективність сортування металургійної шихти перед плавкою, є важливим і актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконана згідно з одним з наукових напрямів, які проводяться на кафедрі “Механічне обладнання металургійних заводів” Криворізького металургійного факультету НМетАУ і направлена на удосконалення вібраційних грохотів, призначених для підготовки частини металургійної шихти, яка містить залізо, перед плавкою в домених печах об'ємом 2000ч2700 м3, відповідно до Національної програми розвитку і реформування гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року від 06.10.1998 р. H166-IV.

Мета і завдання досліджень. Метою досліджень є удосконалення конструкції грохотів для систем шихтопідготовок доменних печей об'ємом 2000ч2700 м3, які використовують вібраційний привод, що самосинхронізується.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- провести аналіз роботи існуючих вібраційних грохотів для сортування і відсіву некондиційної частини металургійної шихти;

- провести аналіз виконаних теоретичних досліджень в області створення вібраційних машин, в яких використовується спосіб самосинхронізації віброзбудників;

- розробити математичну модель руху робочого органу вібромашини, яка функціонує у режимі десинхронізації її віброзбудників;

- дослідити основні закономірності впливу режиму десинхронізації віброзбудників на технологічні показники процесу просіювання;

- визначити необхідний режим десинхронізації віброзбудників, який би відповідав технологічним вимогам ділянок систем шихтопідготовок домених печей об'ємом 2000ч2700 м3.

Об'єкт дослідження: самобалансні вібраційні грохоти систем шихтоподач домених печей об'ємом 2000ч2700 м3.

Предмет дослідження: кінематика коливання робочого органу вібромашини, яка сприяє стабілізації ефективності просіювання на високому рівні завдяки зниженню захаращення її сит.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження базувалися на фундаментальних положеннях динаміки твердого тіла, теорії коливань і теорії самосинхронізації віброзбудників одномасної м’яко амортизованої вібромашини, коливання якої знаходяться в глибоко зарезонансній області.

Дослідження математичної моделі руху короба грохоту здійснювалося з використанням спеціалізованих пакетів прикладних програм на основі алгоритмів, розроблених автором.

Експериментальні дослідження здійснювалися на спеціально розроблених діючих моделях, а також промислових зразках з використанням віброзамірної і електричної апаратури за допомогою хронометражу і статистичної обробки результатів, що виходять.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше на основі теорії синхронізації динамічних систем, приводом яких є два інерційних віброзбудника, розроблено математичну модель руху робочого органу грохота в умовах примусової десинхронізації, коли кутові швидкості валів відрізняються один від одного.

2. Вперше на основі математичної моделі, яка описує рух робочого органу грохота при десинхронізації його віброзбудників, визначені умови виникнення режиму “биття”, особливістю якого є генерація неоднорідних еліптичних коливань, з амплітудою, що перевищує в 1,5ч2 рази амплітуду номінального режиму. Встановлено, що режим “биття” має гармонійний характер, де ділянки з максимальною та мінімальною амплітудою заповнені частотами, близькими до середнього арифметичного від частот складових коливань.

3. Вперше на основі проведених теоретичних досліджень отримано аналітичні залежності для визначення кінематичних і динамічних параметрів м’якоамортизованих вібраційних машин при десинхронізації інерційних віброзбудників, які дозволяють робити вибір управляючої дії зміною частоти живлення одного з двигунів, що цілеспрямовано впливає на технологічні показники цих машин без додаткових енерговитрат.

Практичне значення отриманих результатів. До важливих практичних результатів роботи слід віднести розроблений і реалізований на ПЕОМ програмний продукт для розрахунку руху робочого органу грохота в умовах примусової десинхронізації валів віброзбудників, яка використовується на промислових підприємствах. При розробці і удосконаленні вібраційних грохотів результати досліджень дисертаційної роботи прийняті до використання підприємствами: ВАТ “Міттал Стіл Кривий Ріг”, ТОВ “КВМШ-плюс”.

Істотними результатами дисертації слід вважати запропонований здобувачем спосіб очищення сіючої поверхні від застряглих часток (патент на корисну модель “Спосіб просіювання”. Деклараційний патент України № 11827. Надрук. в Бюл. 16.01.2006, №1).

Вперше на основі проведених експериментальних і промислових досліджень для грохота, який здійснює відсів залізовмісної частини шихти в системах шихтоподач доменних печей об’ємом 2000ч2700 м3, отримано залежності впливу режиму “биття” на основні технологічні показники, в результаті чого встановлений оптимальний діапазон співвідношення кутових швидкостей валів його віброзбудників, який дорівнює 0,85ч0,95, що дозволяє при незначному зниженні продуктивності до 10%, збільшити показник стабільності ефективності просіювання на 20%.

Методика розрахунку кінематичних параметрів грохота і його лабораторна модель використовуються в навчальному процесі за спеціальністю 7.090218 “Металургійне обладнання” на кафедрах “Фундаментальних дисциплін” і “Механічного обладнання металургійних заводів” Криворізького металургійного факультету НМетАУ.

Особистий внесок здобувача. По темі дисертації у співавторстві опубліковано 4 статті та отримано патент України на винахід. Безпосередньо автором виконані наступні роботи:

- розроблено математичну модель руху робочого органу вібромашини;

- запропоновано метод розрахунків основних кінематичних параметрів короба грохота, що працює у режимі десинхронізації його віброзбудників;

- розроблено діючу модель лабораторного віброгрохота;

- отримано основні технічні характеристики дослідно-промислового зразка грохота, який діє у режимі десинхронізації віброзбудників.

У працях, опублікованих у співавторстві, в яких відображено основні результати дисертації, авторові належить:

в роботі [1], [2] - метод розрахунку основних кінематичних параметрів;

в роботі [3] – методика проведення експериментальних досліджень;

в роботі [4] – розробка моделі для проведення експериментальних досліджень;

в роботі [5] – розробка математичної моделі.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи докладались на двох міжнародних науково-технічних конференціях: “Проблеми механіки гірничо-металургійного комплексу”, Дніпропетровськ, 2002 г.; “Стратегія якості в промисловості і освіті”, м. Варна, 2005 р., на засіданні об'єднаного науково-технічного семінару кафедри “Машини і агрегати металургійного виробництва” Національної металургійної академії України, Дніпропетровськ, 2007 р.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, викладена на _136_ сторінках машинописного тексту, містить _43_ рисунка, __8__ таблиць, список використаних джерел складається з _104_ найменувань і _17__ сторінок додатків.

Загальний обсяг роботи _153_ сторінки.

Роботу виконано на кафедрі “Механічного обладнання металургійних заводів” Криворізького металургійного факультету Національної металургійної академії України.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі проведено аналіз роботи і зроблений огляд існуючих конструкцій інерційних грохотів, призначених для класифікації шихти доменного виробництва. Доведено, що існуючі конструкції грохотів для відсіву класу 0…5 мм із залізомісткої частини шихти системи шихтоподач домених печей об'ємом 2000ч2700 м3 використовують самобалансний привод який складається з двох кінематично не зв'язаних віброзбудників, що працюють в режимі самосинхронізації. Такі грохоти мають низьку ефективність просіювання (до 45%), що пов'язано з високим захаращенням сіючої поверхні (до 42%).

Розглянуто можливі засоби зменшення захаращення сит грохотів без зупинки технологічного процесу сортування матеріалу. Встановлено, що одні засоби виявляються занадто високоенергоємними, інші - недостатньо ефективними і надійними для умов систем шихтоподач домених печей об'ємом 2000ч2700 м3.

Проведений аналіз в області інтенсифікації процесу просіювання показав, що найбільш помітний вплив при сортуванні матеріалу має комплексне змінення таких параметрів, як вібраційне прискорення (по величині і напряму), траєкторії точок сит (за формою, величиною і розташуванню в просторі), кругова частота коливань сит.

За наслідками проведеного аналізу був запропонований спосіб, який дозволяє інтенсифікувати кінематичні параметри існуючого самобалансного грохоту шляхом десинхронізації його віброзбудників.

Розглянуто і проаналізовано існуючу теорію синхронізації динамічних систем, яка розроблена проф. І.Й. Блехманом. В результаті аналізу встановлено, що основною задачею дослідження було визначення умов, за яких дебалансні вали обертаються з однаковими по модулю середніми кутовими швидкостями. Питання їх примусового несинхронного обертання не розглядалися.

На основі виконаного аналізу сформульовано необхідні задачі для проведення теоретичних та експериментальних досліджень.

У другому розділі виконано теоретичні дослідження роботи самобалансного вібраційного привода за умов несинхронного обертання валів його віброзбудників без урахування технологічного навантаження сит грохота.

Розглянуто розрахункову схему грохота з встановленими віброзбудниками у вигляді таких дисбалансних мас, що обертаються в діаметральній площині короба (рис. 1). При цьому передбачається, що абсолютно тверде тіло короба грохоту м'яко віброізольовано.

Дисбалансні маси приводяться в обертання асинхронними двигунами, з приводними моментами , які визначаються за формулою Клоса. При своєму обертанні дисбалансні маси випробовують дію моментів механічного опору і моментів в'язкого опору .

На рис. 2 представлена розрахункова схема силових факторів, прикладених до дисбалансу у його відносному обертанні. Якщо припустити, що закон зміни кута обертання кожної із дисбалансних мас з ексцентриситетом є довільним, то диференціальне рівняння відносного обертального руху кожної з них при наявності прискорень точки закріплення , , кутової швидкості і кутового прискорення короба має вигляд:

, (1)

де в залежності від напрямку приводного моменту двигуна.

У реальних умовах вимушені коливання вібраційного грохоту відбуваються з круговою частотою, яка істотно відрізняється від власної частоти його пружної опорної системи, що дозволяє нехтувати впливом пружин на амплітуду коливань його підресореної маси. Також незначний вплив має і в'язкий опір, коефіцієнти якого можна прийняти рівними нулю ().

Тоді система диференціальних рівнянь абсолютного руху короба грохоту буде мати наступний вигляд:

(2)

Система (2) описує абсолютний рух короба інерційного грохоту в зарезонансному режимі коливань.

Відомо, що проекції абсолютної швидкості і прискорення будь-якої точки абсолютно твердого тіла з відносними координатами () в центральній системі відліку (згідно розрахункової схеми на рис. 1) можуть бути представлені таким чином:

(3)

(4)

де ліві доданки є результатом поступальної фази руху точки разом з центром мас короба, а праві - результатом обертальної фази її руху навколо цього центру мас в діаметральній площині.

Після підстановки (4) в (1) закон відносного обертання дисбалансів матиме вигляд:

(5)

У ліву доданку рівняння (5) входять величини, які вказують на взаємний вплив дисбалансів, що обертаються, який веде до появи вібраційного моменту на валу даного дисбалансу. Величина вібраційного моменту може бути визначена у відповідності з виразом:

(6)

З (6) маємо, що вібраційний момент на валу даного дисбалансу буде з’являтися при прискореному русі його підстави, незалежно від природи цього руху.

Рівняння (2), сформульовані для обох дисбалансів, а також система рівнянь (5) у сукупності являють собою математичну модель руху робочого органу грохота в умовах примусової десинхронізації, коли кутові швидкості валів відрізняються один від одного. Користуючись необхідним алгоритмом комп’ютерної програми, вирішуємо систему чисельним методом, що дає можливість провести аналіз руху довільних точок короба реального грохота (наприклад, характерних точок його сіючої поверхні).

Отримані результати свідчать, що управляючи вібраційним моментом хоч би на одному з дисбалансів, можна забезпечити режим “биття”, коли кутові швидкості обертання дисбалансів незначно відрізняються один від одного (). В цьому випадку підбираючи відповідне співвідношення , можна забезпечити приріст прискорень точок робочого органу вібромашини при одних і тих же показниках споживаного струму в ланцюзі її приводних двигунів. Такий режим суттєво відрізняється від резонансних явищ, що відбуваються при взаємному впливі пружних тіл один на одного. Він не пов'язаний з пружними властивостями взаємодіючих тіл, а виникає в результаті характерного поєднання вібраційних моментів, на валах віброзбудників, що дозволяє дати цьому явищу самостійну назву: “вібраційно-приводний резонанс” (ВПР). Введення грохота до режиму несинхронного обертання віброзбудників можна провести, наприклад, за допомогою зміни частоти живлячій мережі на одному з двигунів, що робить його зручним для практичного застосування.

При виникненні ВПР вібраційне поле віброгрохота циркулює в кожній точці короба з частотою виникаючого “биття” (рис. 3). При цьому траєкторії точок за період циркуляції поля набувають характерної зірчастої форми. Приклад нестаціонарного поля траєкторій агломераційного грохота ГА-41Ш при частоті живлячої мережі одного з двигунів 47 Гц приведений на рис. 4. На рис. 5 показаний годограф прискорень контрольної точки A3 сита в його розвантажувальній зоні при виникненні режиму “биття” і в номінальному синхронному режимі обертання віброзбудників. На рис. 6 показана абсолютна величина прискорення цієї точки.

З рисунків витікає, що за один період циркуляції поля при виникненні “биття” вектор прискорення точки грохоту описує повний поворот в площині вібрації, а його годограф має еліптичну форму. При виникненні “биття”, порівняно з режимом самосинхронізації, відбувається приріст амплітуди прискорення (для випадку, представленого на рисунку, приріст склав 40%), що сприяє процесу очищення сита. Режим “биття” носить гармонійний характер з незначним збільшенням амплітуди коливань короба, що істотно відрізняє його від пружного резонансу, який виникає в перехідних режимах руху короба грохоту, коли амплітудні значення прискорень у декілька разів перевищують номінальні і носять некерований характер.

Таким чином, режим десинхронізації віброзбудників без додаткових енерговитрат збільшує інтенсивність його коливань.

У третьому розділі наведено результати лабораторних досліджень. Математична модель, яка розроблена при проведенні теоретичних досліджень, дозволяє оцінити вплив несинхронного обертання віброзбудників на загальну картину руху робочого органу грохоту, але не дає можливості знайти оптимальні параметри для досягнення якнайкращого поєднання технологічних показників процесу просіювання.

У зв'язку з цим, лабораторні дослідження проводилися у два етапи. Завданням першого етапу було підтвердження результатів теоретичних досліджень, а також визначення стійкого діапазону режиму десинхронізації його віброзбудників. Завданням другого етапу було дослідження руху короба лабораторного грохоту у режимі “биття”, а також визначення основних закономірностей впливу цього режиму на технологічні показники просіювання.

Для першого етапу був розроблений спеціальний стенд (рис. 7). У якості віброзбудників використовувалися вібродвигуни типу ЭВ-63-4У3 з номінальною потужністю 0.18 кВт і кутовою швидкістю обертання дисбалансів 148.6 с-1. Один з вібродвигунів був підключений до живлячої мережі через частотний перетворювач “3G3HV omron” потужністю 7.5 кВт і напругою живлення 400 В. Другий двигун підключений до мережі змінного струму з частотою 50 Гц через вимірювальний прилад К-50. Отримана в ході лабораторних досліджень залежність частоти обертання двигунів стенду (об/хв) від частоти живлячої мережі двигуна (Гц), що управляє, приведена на рис. 8. Криві мають характерний вигляд, підтверджуючий теоретичні виводи. В процесі проведення першої частини лабораторних досліджень знімалися осцилограми вертикальних прискорень для трьох характерних точок робочого органу стенду, і на рис. 9 показана обробка цих осцилограм для його холостого ходу.

Ця обробка і використання стробоскопічного тахометра дозволили побудувати графік залежності максимальної величини вертикальних прискорень для характерних точок стенду від частоти живлячої мережі на управляючому двигуні (рис. 10). З представлених залежностей видно, що синхронна робота віброзбудників відбувається в діапазоні від 47.8 Гц до 53.3 Гц, зниження або збільшення частоти живлення на двигуні, що управляє, за цим діапазоном призводить до режиму “биття”, причому, чим вище показник технологічного навантаження, тим ширше цій діапазон.

Аналіз осцилограм і отриманих залежностей вказує, що амплітуди вертикальних прискорень досліджуваних точок в режимі “биття” ростуть неоднаково, це є свідоцтвом того, що коливання по довжині робочого органу вібраційної машини неоднорідні. Найбільший їх приріст для досліджуваного стенду відбувається у точках, найбільш віддалених від центру мас його підресореної частини і досягає 5g, що в 1.7 разів більш, ніж вібраційне прискорення при роботі стенду в режимі самосинхронізації його віброзбудників. Також встановлено, що технологічне навантаження істотно знижує величину вібраційних прискорень точок робочого органу як в режимі “биття”, так і в режимі самосинхронізації віброзбудників. При проведенні досліджень аналізувалися амплітуди вібраційних прискорень точок робочого органу стенду у процесі його вільного вибігу. Встановлено, що у момент проходження пружного резонансу величина вібраційних прискорень у 3.2 рази більше чим у номінальному режимі, і у 1.9 рази вище, ніж величина прискорень у режимі “биття”. А це істотно відрізняє режим “биття” від режиму пружного резонансу.

Порівняння отриманих практичних результатів з результатами теоретичних досліджень для стенду свідчить про їх якісну і кількісну відповідність.

Для другого етапу була розроблена лабораторна модель грохота (рис. 11). Приводом віброзбудників слугували двигуни постійного струму типу УЛ-041 у яких на вихідних кінцях валу кріпилися дисбаланси з сумарним статичним моментом маси 0.02 кгм.

Блок віброзбудників встановлювався в два характерні положення так, щоб в синхронному режимі забезпечувалася генерація направлених коливань робочого органу через його центр мас (у положенні I), і через його центр удару в завантажувальній частині (у положенні II). Використання двигунів постійного струму дозволяло за допомогою регулятора напруги і випрямного пристрою змінювати їх частоту обертання від 750 до 1000 об/хв, яка замірялася тахометром типу СК-75.

В результаті проведених експериментів будувалися залежності основних технологічних показників процесу просіювання від відношення кутових швидкостей віброзбудників (рис. 12, 13 і 14).

З отриманих залежностей зрозуміло, що при збільшенні відмінності в кутових швидкостях обертання приводних двигунів зростає ефективність просіювання, однак в другому положенні блоку продуктивність зменшується більш ніж у два рази.

Виходячи з критерію найбільшої продуктивності грохота в режимі “биття”, можна рекомендувати відношення кутових швидкостей приводних двигунів в межах 0.850.95. Саме у такому діапазоні допустимо зменшується продуктивність (від 3% до 15%) в порівнянні з базовим режимом самосинхронізації віброзбудників.

Крім того, вказане співвідношення кутових швидкостей віброзбудників дозволяє наблизити частоту биття грохоту до 2ч3 Гц, яка близька до частоти пружного резонансу застряглих в ситі частинок, а це у свою чергу, разом зі збільшенням амплітуди коливань в режимі “биття” сприяє зниженню захаращення сита, а також збільшенню і стабілізації показника ефективності просіювання в часі.

У четвертому розділі наведено результати промислових випробувань грохоту. Випробування проводилися на ділянці шихтоподачі ДП №7 доменного цеху №1 металургійного комбінату “Міттал Стіл Кривий Ріг”, де встановлено грохоти типу ГА-41Ш, що працюють на принципі самосинхронізації віброзбудників.

Завданням промислових випробувань було:

- вивчення закону руху і дослідження динамічних показників робочого органу грохоту в режимі “биття”;

- дослідження впливу “биття” на його технологічні показники;

- порівняння техніко-економічних показників грохоту при його роботі в режимах самосинхронізації і десинхронізації віброзбудників.

Частота коливань короба грохоту варіювалася за допомогою частотного перетворювача “Altivar” фірми “Senneider”, який встановлено на пульті керування системи шихтоподачі. Зміна частоти живлення електричної мережі одного з електродвигунів проводилася в діапазоні від 40 до 50 Гц.

Статичний момент маси віброзбудників змінювався шляхом кріплення до дисбалансів додаткових вантажів і міг приймати для кожного з них три значення:

кгм; кгм; кгм.

Для кожної серії дослідів грохот із раніш очищеними (від застряглих частинок) сіючими поверхнями не менш ніж на дві доби включався для роботи в технологічну схему ділянки шихтоподачі. Вимірювалась віброшвидкість в 3-х точках по довжині короба у вертикальному і горизонтальному напрямі за допомогою індукційних датчиків ВИБ-1, які з’єднувались зі шлейфовим осцилографом Н-117, а також визначалися продуктивність, ефективність просіювання і захаращення сіючої поверхні згідно з розробленою методикою випробувань.

На рис. 15 показано траєкторії характерних точок грохоту, отримані в режимі синхронізації і десинхронізації його віброзбудників з технологічним навантаженням, рівним 220 т/год. З рисунка видно, що режим “биття” сприяє появі тимчасового неоднорідного поля еліптичних траєкторій точок короба грохоту при збереженні гармонійного характеру коливань. Крім того, вертикальні амплітуди коливань збільшуються в 1.5ч2 рази в порівнянні з номінальним режимом самосинхронізації його віброзбудників, що дозволяє використовувати ефект “биття” без збитку для надійності вібромашини.

На рис. 16-17 показано залежності технологічних показників грохоту при різних значеннях відношення кутових швидкостей валів двигунів віброзбудників. Із залежностей видно, що найбільше значення ефективності просіювання при мінімальній захаращення сіючої поверхні знаходиться в діапазоні співвідношення кутових швидкостей валів віброзбудників 0.85ч0.95.

Продуктивність грохоту в цьому діапазоні знижується, однак для me = 14 кгм та me = 12 кгм відповідає необхідному мінімальному значенню, яке за технологічними вимогами для досліджуваної ділянки шихтоподачі повинно бути не нижче, ніж 200 т/год.

Таким чином, проведені дослідження показали, що режим “биття” дозволяє суттєво інтенсифікувати процес просіювання і для досліджуваного грохота дозволяє підвищити ефективність просіювання до 65%, знизити захаращення сіючих поверхонь до 18%, що дало річний економічний ефект, рівний 545.1 тис. грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИВОДИ І ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

На основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень, проведених в дисертаційній роботі, отримано наступні результати.

1. Існуючі вібраційні грохоти з самобалансным приводом, які використовуються в системах шихтоподач доменних печей об'ємом 2000ч2700 м3, не задовольняють технологічним вимогам, що пред'являються до сортування залізомісткої частини шихти металургійного виробництва, і їх подальше вдосконалення може йти шляхом генерації тимчасових неоднорідних коливань робочого органа, що дозволяють інтенсифікувати процес просіювання.

2. Для удосконалення таких грохотів, з метою підвищення ефективності просіювання і зниження захаращення сіючої поверхні, запропоновано спосіб інтенсифікації їх кінематичних параметрів без додаткових енерговитрат шляхом десинхронізації віброзбудників.

3. Для дослідження запропонованого способу розроблена математична модель руху короба грохоту, що розглядається як тверде тіло, встановлене на м'яких пружних опорах, якому передаються коливання від двох інерційних віброзбудників, що обертаються з різними кутовими швидкостями, тобто не синхронно і не синфазно. З використанням розробленої програми “Грохот”, досліджений і вивчений закон коливань робочого органу грохоту в режимі десинхронізації віброзбудників, по заданих інерційних та технічних параметрах побудовані траєкторії точок грохоту ГА-41Ш. Запропоновано методику розрахунку кінематичних параметрів робочого органу вібромашини, що працює в режимі десинхронізації її віброзбудників, яка відрізняється від існуючої тим, що включає в себе перехідні та нестаціонарні вібраційні процеси.

4. Експериментальними дослідженнями встановлено, що в режимі десинхронізації віброзбудників генеруються неоднорідні еліптичні коливання, а траєкторія точки є еліптична пляма, яка містить безліч різних форм, причому, вертикальна складова еліпса в цьому випадку в 1.5ч2 рази перевищує аналогічну складову в номінальному режимі самосинхронізації віброзбудників. Режим “биття” носить гармонійний характер, де ділянки з максимальною і мінімальною амплітудою заповнені частотами, близькими до середнього арифметичного від частот складових коливань.

5. Експериментально визначено основні закономірності впливу режиму десинхронізації віброзбудників на технологічні показники просіювання. Встановлено, що цей режим дозволяє істотно знизити захаращення сіючої поверхні грохота і стабілізувати ефективність просіювання в часі без істотного зниження продуктивності, для чого співвідношення кутових швидкостей двигунів повинне бути в діапазоні 0.85ч0.95.

6. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень визначено основні способи управління процесом руху короба грохота в режимі десинхронізації віброзбудників. Встановлено, що цей режим в промислових умовах доцільно досягати керуванням частоти живлення одного з асинхронних двигунів (за допомогою частотного перетворювача).

7. На підставі розроблених рекомендацій і методик проведено промислові випробування грохота ГА-41Ш в умовах системи шихтопідготовки доменного цеху №1 комбінату “Міттал Стіл Кривий Ріг”, де встановлено, що робота грохота в режимі десинхронізації віброзбудників дозволяє істотно підвищити ефективність просіювання (з 45% до 65%), знизити його захаращення (з 48 % до 18 %) і стабілізувати досягнуті показники в часі. Випробування показали, що режим десинхронізації можна використовувати без збитку для надійності короба вібромашини і відповідає санітарно-гігієнічним вимогам, що пред'являються до машин даного класу.

8. Збільшення ефективності просіювання до 65 % дозволяє знизити частку класу 0...5 мм в агломераті, в середньому на 2.6 абс. %, що веде до збільшення продуктивності доменної печі на 2.6 % і скорочує витрату коксу до 6 кг на 1 тонну чавуну, внаслідок чого річний економічний ефект від вдосконалення грохотів, що працюють в режимі “биття” для доменної печі №7 ВАТ “Міттал Стіл Кривий Ріг”, склав 545.1 тис. грн.

Список наукових праць, що відповідають темі дисертації, складають:

1. Учитель А.Д., Лялюк С.В., Швед С.В. Анализ плоского движения жесткого рабочего органа вибрационной машины под воздействием произвольно приложенной циркулирующей силы// Разработка рудных месторождений. - Республиканский межведомственный научно-технический сборник, выпуск №66, Кривой Рог, Криворожский технический университет, 1998. – С. 68-76.

2. Учитель А.Д., Лялюк С.В., Швед С.В. Анализ плоского движения жесткого рабочего органа вибрационной машины под воздействием произвольно приложенных двух циркулирующих сил// Разработка рудных месторождений. - Республиканский межведомственный научно-технический сборник, выпуск №67, Кривой Рог, Криворожский технический университет, 1999. – С. 63-68.

3. Учитель А.Д., Засельский В.И., Швед С.В. Анализ работы нецентромассных грохотов для подготовки шихты к доменной плавке// Металлургическая и горнорудная промышленность – 2005. - №3. – С. 91-94

4. Учитель О.Д., Засельский В.И., Швед С.В. Спосіб просіювання// Деклараційний патент України №11827. Надрук. в Бюл. 16.01.2006, №1.

5. Учитель А.Д., Засельский В.И., Швед С.В. Исследование грохотов с временной неоднородностью рабочего органа// Науковий вісник НГУ. – 2006. - №1. – С. 65-67.

АНОТАЦІЯ

Швед С. В. Удосконалення машин для сортування металургійної шихти на базі створення тимчасових неоднорідних коливань. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.08 - машини для металургійного виробництва. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2008 р.

Дисертація присвячена питанням удосконалення вібраційних грохотів для систем шихтоподачі доменних печей об'ємом 2000ч2700 м3 з метою отримання стабільного і високого показника ефективності процесу сортування металургійної шихти.

В результаті проведеного аналізу для даних умов підготовки сировини перед плавкою виявлено основна недостатність самобалансних грохотів з приводом, що самосинхронізується, який полягає в неможливості очищення сит від захаращення без зупинки технологічного процесу сортування матеріалу. Показано, що виявлена недостатність може бути усунена за рахунок інтенсифікації коливань короба грохота без додаткових енерговитрат шляхом десинхронізації валів його віброзбудників (введенням в режим “биття”).

Для дослідження режиму “биття” розроблено математичну модель руху, запропоновано метод розрахунку основних кінематичних параметрів робочого органу грохота, та розроблено програмний продукт, що дозволяє реалізувати цій метод за допомогою ПЕОМ.

На лабораторних моделях проведено експериментальні дослідження, які дозволили визначити особливості руху робочого органу машини і основні закономірності впливу режиму “биття” на технологічні показники процесу просівання матеріалу.

Встановлено, що в режимі “биття” генеруються неоднорідні еліптичні коливання, які містять безліч різних форм, причому, вертикальна складова еліпса в 1.5ч2 рази перевищує аналогічну складову в номінальному режимі синхронізації віброзбудників. Такий рух робочого органу грохоту дозволяє зменшити захаращення сіючої поверхні і стабілізувати ефективність просіювання в часі без істотного зниження продуктивності, для чого співвідношення кутових швидкостей двигунів повинно бути в діапазоні 0.85ч0.95. Визначено способи управління процесом руху короба грохоту в режимі десинхронізації віброзбудників. З точки зору надійності, ефективності і економічності процесу управління, вибрано спосіб зміни частоти живлячій мережі на одному з асинхронних електродвигунів приводу грохота за допомогою частотного перетворювача. Управління за допомогою частотного перетворювача передбачає повернення на номінальну частоту живлення управляючого двигуна в будь-який необхідний момент часу, і без утруднень можна перевести грохот в режим роботи з номінальною продуктивністю.

На підставі розроблених рекомендацій проведено промислові випробування грохоту ГА-41Ш в умовах системи шихтоподачі доменного цеху №1 комбінату “Міттал Стіл Кривий Ріг”. Випробування показали, що режим “биття” дозволяє істотно зменшити захаращення сит з 42% до 18%, збільшити ефективність просіювання з 45% до 65% і стабілізувати досягнуті показники в часі.

Річний економічний ефект від впровадження десинхронізації віброзбудників на ділянці шихтоподачі ДП №7 доменого цеху №1 металургійного комбінату “Міттал Стіл Кривий Ріг” склав 545.1 тис. грн.

Ключові слова: вібраційний грохот; ефективність просіювання; стабільність показника ефективності; захаращення сит грохоту; режим самосинхронізації; режим десинхронізації; режим “биття”.

АННОТАЦИЯ

Швед С. В. Усовершенствование машин для сортировки металлургической шихты на базе создания временных неоднородных колебаний. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.08 – машины для металлургического производства. – Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2008 г.

Диссертационная работа посвящена вопросам усовершенствования вибрационных грохотов систем шихтоподач доменных печей объемом 2000 – 2700 м3 с целью поддержания стабильного и высокого показателя эффективности грохочения при отсеве некондиционного класса 0…5 мм из железосодержащей части металлургической шихты.

В результате проведенного анализа для рассматриваемых условий подготовки сырья перед плавкой выявлен основной недостаток самобалансных грохотов с самосинхронизирующимся приводом, заключающийся в невозможности очистки сит от застрявших в них зерен без остановки технологического процесса сортировки материала. Показано, что выявленный недостаток может быть устранен за счет интенсификации колебаний короба грохота без дополнительных энергозатрат путем регулируемой десинхронизации валов его вибровозбудителей (путем его введения в режим “биений”).

Для исследования режима “биений” разработана математическая модель движения, предложен метод расчета основных кинематических параметров рабочего органа грохота и разработан программный продукт, позволяющий реализовать этот метод при помощи ЭВМ.

На лабораторных моделях проведены экспериментальные исследования, которые позволили определить особенности движения рабочего органа машины и основные закономерности влияния режима “биений” на технологические показатели процесса грохочения.

Установлено, что в режиме “биений” генерируются неоднородные эллиптические колебания, которые вмещают множество различных форм, причем, вертикальная составляющая эллипса в 1.52 раза превышает аналогичную составляющую в номинальном режиме синхронизации вибровозбудителей. Такое движение рабочего органа грохота позволяет существенно снизить забиваемость просеивающей поверхности и стабилизировать эффективность грохочения во времени при допустимом снижении производительности, для чего отношение угловых скоростей двигателей должно быть в диапазоне 0.850.95. Определены способы управления процессом движения короба грохота в режиме десинхронизации вибровозбудителей. С точки зрения надежности, эффективности и экономичности процесса управления, выбран способ изменения частоты питающей сети на одном из асинхронных электродвигателей привода грохота посредством частотного преобразователя. Управление посредством частотного преобразователя предусматривает возвращение на номинальную частоту питания управляющего двигателя в любой момент времени и, тем самым, позволяет перевести грохот в режим работы с номинальной производительностью без остановки технологического процесса сортировки материала.

На основании разработанных рекомендаций проведены промышленные испытания грохота ГА-41Ш в условиях системы шихтоподачи доменного цеха №1 комбината “Миттал Стил Кривой Рог”. Испытания показали, что режим “биений” позволяет существенно снизить забиваемость сит с 42% до 18%, увеличить эффективность грохочения с 45% до 65% и стабилизировать достигнутые показатели во времени.

Годовой экономический эффект от внедрения десинхронизации вибровозбудителей на участке шихтоподачи ДП №7 доменного цеха №1 металлургического комбината “Миттал Стил Кривой Рог” составил 545.1 тыс. грн.

Ключевые слова: вибрационный грохот; эффективность грохочения; стабильность показателя эффективности; забиваемость сит грохота; режим самосинхронизации; режим десинхронизации; режим “биений”.

THE SUMMARY

Shved S.V. The improvement of machines for sorting of metallurgical charge on the base of temporal heterogeneous vibrations. The manuscript.

The thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering sciences on specialty 05.05.08 - ambulance for metallurgical production. - National metallurgical academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2008.

The dissertation is devoted to the improvement of vibrating screens for the systems of serves charge in high furnaces by volume of 2000ч2700 м3 with the purpose of maintenance of stable and high index of efficiency of process of sorting of substandard faction, on the basis of theoretical and experimental researches.

The method of increase of the independent cleaning of sieves of crash for the increase of stable high-level index of efficiency of sifting. The essence of method consists of that one of vibrators is connecting on a feed from a network with such frequency of current, which provides the relation of angular speeds of their billows within the limits of 0.85ч0.95, and, vibrators are connecting from the mode of independent synchronization in the mode of asynchronous rotation. Thus, there is the phenomenon of “beatings”, resulting in the periodic shaking of sieve of crash. Accelerations of points of sieve on the one hand, higher nominal and change on a size and direction, and on the other hand the size of these accelerations is limited from above and cannot be exceed the level of maximal basic value more than in two times. As a result, without fear to prang the construction of crash of it is possible to exploit unlimited time in such mode. The process of work of crash in the mode of “beatings” remains under complete control (by means of frequency transformer) and renewal of the nominal mode of sifting is possible in arbitrary moment of time.

It is set in the process of laboratory and industrial researches, that during work of crash on a metallurgical charge in the mode of “beatings” at the range of relation of angular speeds of engines 0.85ч0.95 the productivity falls on 9.6% (from 260 T/h to 235 T/h), and efficiency of sifting grows on 20% (from 45% to 65%) because of falling of obstruction of sieves on 24% (from 42% to 18%).

Annual economic effect from introduction of no synchronization of vibrators on the area of serve of charge of Blast-furnace Stove №7 of blast-furnace workshop №1 of metallurgical combine of “Mittal Stil Krivoy Rog”, where set vibrating screens type GA-41Ш, workings with the use of method of independent synchronization of vibrators, makes 545.1 thousands of Uan.

Keywords: vibration screens; efficiency of sift; stability of efficiency of sifting; obstruction of sieves; sieves of crash; mode of independent synchronization; mode of no synchronization; mode of “beatings”.

Для поміток

Для поміток

Підписано до друку 09.01.08. Формат 6084 1/16.

Папір для множильних апаратів. Різограф. Ум.друк. арк. 1,1.

Тираж 100 прим. Замовлення №87.

Надруковано в поліграфічному центрі

ПП “Ітерра”,

50006, м. Кривий Ріг, вул. Революційна, 5