авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Интенсификация процесса классификации сыпучего материала в условиях вибрационной сегрегации

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

РОМАШЕВ Артём Олегович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА КЛАССИФИКАЦИИ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА В УСЛОВИЯХ ВИБРАЦИОННОЙ СЕГРЕГАЦИИ

Специальность 25.00.13 Обогащение полезных ископаемых

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минерально-сырьевом университете «Горный».

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент

Кусков Вадим Борисович

Официальные оппоненты:

Баранов Виктор Федотович

доктор технических наук, ЗАО «Механобр инжиниринг», заместитель генерального директора по перспективным проектам

Скарин Олег Иванович

кандидат технических наук, ЗАО «НПО «РИВС», ведущий научный сотрудник

Ведущая организация ЗАО «НПК «Механобр Техника»

Защита состоится 5 июня 2012 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, В.О., 21-я линия, д. 2, ауд. 1303.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 4 мая 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук В.Н. БРИЧКИН

общая характеристика работы

Актуальность работы. Постоянный рост и развитие строительной индустрии требует от добывающих предприятий увеличения мощностей и расширения номенклатуры выпускаемых материалов. К примеру, в последние годы, на отечественном рынке имеется большая необходимость в наполнителях для мелкозернистых бетонов. В настоящее время для этой цели используются преимущественно природные пески, однако, по прогнозам аналитиков, в скором времени количество добываемого сырья будет не способно обеспечить все потребности промышленности. Альтернативным источником для получения такого рода наполнителей могут служить отсевы щебня, которых за годы работы накопилось сотни миллионов кубометров, занимающих огромные территории. Вовлечение данного вида нерудного сырья в переработку позволит частично решить как экологические проблемы, связанные с выводом из землепользования территорий, так и получить дополнительную прибыль от реализации дефицитного материала.

Однако, для использования отсевов в качестве наполнителя, в соответствии с ГОСТ 8736-93, необходимо соблюдение требований по гранулометрическому составу, в частности удаление фракций менее 0,16 мм, так как наличие данных классов увеличивает расход цемента в бетонах и строительных растворах. Для этой цели преимущественно используются вибрационные грохота с металлическими сетками, которые имеют ряд существенных недостатков, к которым относится сравнительно низкая эффективность выделения мелких классов, а так же малый срок службы просеивающей поверхности. В связи с этим переработка отсевов не всегда экономически целесообразна.

Решением данного вопроса в разные годы занимались такие исследователи как: Л.А. Вайсберг, О.Н. Тихонов, Е.Е. Андреев, Д.Н. Лифлянд, К.К. Лиандов, В.А. Олевский, И.И. Блехман, Е.А. Непомнящий, В.А. Перов, П.С. Ермолаев, Е.А. Непомнящий, Э. Рамлер, А. Майнель, Ж. Феррера, У. Прети и многие другие.

Это позволило разработать технологии для использования отсевов, но в то же время, для этих целей требуются новые конструкции аппаратов, способные повысить эффективность процесса разделения и сделать переработку отсевов более рентабельной.

Работа выполнена в рамках государственного контракта № 16.525.11.5001 «Разработка высокоэффективных аппаратов для сепарации полидисперсных минеральных смесей по крупности, обеспечивающих создание унифицированного типоразмерного ряда машин нового поколения для отраслей, перерабатывающих твердые полезные ископаемые» от 25.04.2011 г. и научной школы «Энергоэффективные технологии дезинтеграции и концентрации минерального и техногенного сырья», финансируемой по гранту президента РФ по государственной поддержке ведущих научных школ № НШ-2372.2012.5 от 01.02.12

Цель работы. Научное обоснование и разработка технических решений, обеспечивающего увеличение эффективности выделения мелких классов из различных видов сыпучих материалов.

Идея работы. Для повышения эффективности процесса выделения мелких фракций из рудного и нерудного сырья следует использовать эффект вибрационной сегрегации.

Основные задачи исследования:

  • анализ известных технических решений применяемых для выделения мелких классов;
  • обоснование конструкции и разработка модели вибрационно-сегрегационного классификатора, где разделение на фракции сегрегированного при вибрационном перемещении материала происходит через поперечные ступенчатые щели;
  • исследование и установка оптимальных режимов работы созданной конструкции аппарата, оптимизация конструктивного исполнения, получение технологических показателей разделения на примере отсевов щебня;
  • сравнение результатов разделения отсевов щебня на вибрационно-сегрегационном классификаторе и вибрационном грохоте;
  • полупромышленные испытания вибрационно-сегрегационного классификатора.

Методы исследований. В работе применены экспериментальные и теоретические методы исследований. Технологические показатели процесса разделения определялись по результатам стендовых и полупромышленных испытаний. Для определения гранулометрических характеристик продуктов и исходного материала использовался вибрационный встряхиватель со стандартным набором сит. Для сравнительных испытаний использовался вибрационный грохот ГИЛ-52. Обработка расчетных и экспериментальных данных проводилась методами математической статистики, с использованием стандартных и специализированных компьютерных программ. Для создания математической модели процесса использовался метод дискретного элемента.

Научная новизна:

  • установлено, что явление вибрационной сегрегации способствует повышению эффективности разделения сыпучих материалов;
  • разработана виртуальная модель вибрационно-сегрегационного классификатора позволяющая выявить влияние вибрационной сегрегации на показатели процесса разделения материала;
  • установлены зависимости влияния параметров опытного образца вибрационно-сегрегационного классификатора на основные технологических показатели процесса разделения.

Защищаемые положения:

1. Для повышения эффективности разделения сыпучего материала с использованием эффекта вибрационной сегрегации и специальной конструкции рабочей поверхности аппарата следует использовать определенные оптимальные параметры частоты вибрации, ширины рабочей поверхности, высоты и ширины разгрузочной щели.

2. Для обеспечения высокой эффективности при разделении отсевов щебня следует использовать вибрационно-сегрегационного классификатор, а не вибрационные грохота с металлической сеткой.

Практическая значимость работы:

  • повышение эффективности разделения сыпучих материалов, в частности отсевов щебня, а так же создание новой линейки аппаратов для решения таких задач;
  • возможность решения задач по разделению трудногрохотимого материала с использованием эффекта вибрационной сегрегации;
  • полученные результаты использованы в учебном процессе при чтении курсов «Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению», «Технология переработки минерального сырья», «Основы обогащения полезных ископаемых» и другие.

Степень обоснованности и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждается лабораторными и полупромышленными испытаниями, сходимостью результатов моделирования с данными эксперимента, а так же применением современных средств измерений и использованием стандартных и отраслевых методик.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на VI международной конференции молодых ученных (AGH, Краков, Польша, 2011), на международной конференции «Неделя горняка 2011» (МГГУ, 2011), на форуме «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (ИПКОН РАН, г.Москва, 2010) и других конференциях, работа получила премию Правительства Санкт-Петербурга 2011 г.

Личный вклад автора. Автором проведен обзор и анализ конструктивных решений для разделения материалов по крупности. Определены задачи и цели исследования. Организованы и проведены лабораторные, стендовые и полупромышленные испытания. Произведена обработка, анализ и обобщение полученных результатов, а также их апробация и подготовка к публикации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка и 4 приложений. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 37 таблиц и 45 рисунков. Библиография включает 110 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, кандидату технических наук, доценту В.Б. Кускову; коллективу кафедры обогащения полезных ископаемых СПГГУ и сотрудникам ЗАО «НПК «Механобр Техника» за внимание, содействие, и поддержку на различных этапах выполнения диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении даётся общая характеристика работы, сформулирована цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор и анализ существующих конструкций для выделения мелких классов из сухих сыпучих материалов.

Во второй главе произведён обзор и анализ существующих математических методов моделирования процесса разделения сыпучего материала, приведен пример построения виртуальной модели вибрационно-сегрегационного классификатора, на основе метода дискретного элемента, с помощью программного комплекса EDEM (DEM Solutions).

В третьей главе представлены экспериментальные лабораторные испытания разработанной конструкции вибрационно-сегрегационного классификатора, нацеленные на установление оптимальных режимов работы для выделения класса -0,16 мм из отсевов щебня. Сделаны предложения по модификации конструкции.

В четвертой главе представлены результаты полупромышленных сравнительных испытаний разработанной конструкции вибрационно-сегрегационного классификатора, при различных значениях производительности, с вибрационным грохотом ГИЛ-052. Произведен анализ полученных результатов.

В заключении приводятся основные выводы и результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Для повышения эффективности разделения сыпучего материала с использованием эффекта вибрационной сегрегации и специальной конструкции рабочей поверхности аппарата следует использовать определенные оптимальные параметры частоты вибрации, ширины рабочей поверхности, высоты и ширины разгрузочной щели.

Разделение по крупности материала с относительно большим (более 10 %) содержанием пылевидной фракции, т.е. частиц, размер которых менее 0,16 мм, на вибрационных грохотах с металлической сеткой, как правило, малоэффективно. Это связано с тем, что с уменьшением размера ячейки сита, пропорционально снижается его пропускная способность, а также происходит забивка отверстий сита «трудными» зернами, что дополнительно снижает выход продуктов и эффективность операции. Между тем наличие мелких фракций может значительно снизить качество продукции, как например, при использовании отсевов щебня в качестве наполнителя для мелкозернистых бетонов, или вовсе быть критично для дальнейшего передела

Для повышения эффективности разделения таких материалов была разработана опытная конструкция вибрационно-сегрегационного классификатора (рис.1), где разделение частиц происходит при прохождении через одно ступенчатое щелевое отверстие (рис. 2), расположенное на рабочей поверхности аппарата, при этом слой материала при его вибрационном транспортировании подвергается интенсивной вибрационной сегрегации.

Разделение сыпучего материала происходит следующим образом. Материал из бункера – 1 подается на рабочую поверхность аппарата – 2, где материал, разделяясь, попадает в сборник для мелкого (нижнего) – 3 и крупного (верхнего) продукта – 4.

В качестве материала для проведения испытаний был взят материал представляющий собой отсевы щебнепроизводства, с содержанием -0,16 мм не менее 10 %.

Проведенными предварительными исследованиями, а так же с помощью компьютерного моделирования был определен интервал варьирования частоты вибрации – , в пределах которого происходит сегрегация материала, он составил:

(1)

где: g – ускорение свободного падения, м/с2; Ah=Asin – амплитуда поперечной составляющей вибрации, мм; A – амплитуда вибрации аппарата, мм.

Было установлено, что частота меньше g не достаточна для интенсивной сегрегации всего слоя, а при частоте более 2g сегрегация подавляется начинающимся процессами перемешивания.

Рис. 1. Схема разделение материала на вибрационно-сегрегационном классификаторе

 Схема разгрузочного щелевого отверстия Для определения оптимальной частоты -3

Рис. 2. Схема разгрузочного щелевого отверстия

Для определения оптимальной частоты для разделения материала на опытной модели вибрационно-сегрегационного классификатора была проведена серия опытов при следующих условиях: частота вибрации варьировалась в пределах =1526 Гц; ширина лотка 60 мм; производительность поддерживалась Q=15 кг/ч, ширина щелевого отверстия составляла a=0,8 мм, а высота ступеньки h=2 мм.

В качестве критерия оптимальности был выбран качественный показатель – эффективность разделения E, который рассчитывался как:

(2)

где и соответственно извлечение класса -0,16 мм и +0,16 мм в нижний продукт, %.

Результаты проведенных испытаний представлены на рис.3

Рис. 3. Зависимость эффективности разделения/извлечения от частоты вибрации

Максимальная эффективность разделения была достигнута при частоте вибрации равной =18 Гц и составила 57,35 %, извлечение в нижний продукт класса -0,16 мм – 80,02 %. При этом экспериментально установлено, что горизонтальная составляющая скорости движения материала V по рабочей поверхности равна:

(3)

где AV=A·cos – амплитуда продольной составляющей вибрации, мм.

Для выявления поведения материала при различной ширине лотка – l классификатора была поставлена серия опытов, результаты которых приведены на рис. 4. Важность данного исследования обуславливается еще тем, что в ходе компьютерного моделирования было установлено, что концентрация мелких частиц у бортов выше чем в середине лотка и подбор оптимальной ширины лотка будет способствовать повышению качественных показателей.

Ширина лотка l в экспериментах устанавливалась следующих размеров – 60 мм, 50 мм, 40 мм, 30 мм и 20 мм. Частота вибрации во всех опытах =18 Гц. Толщина слоя сыпучего материала поддерживалась постоянной, равной 10 мм.

Рис. 4. Зависимость эффективности разделения/извлечения в нижний продукт класса -0,16 мм от ширины лотка

Равномерный режим перемещения слоя материала отмечался при ширине лотка l от 60 мм до 30 мм включительно. При ширине лотка l=20 мм наблюдался эффект «подтормаживания» движения материала, то есть начинало существенно сказываться влияние трения материала о стенки лотка.

По результатам проведенных экспериментов можно рекомендовать располагать продольные перегородки на рабочей поверхности классификатора с расстоянием между ними менее 40 мм. Это обеспечит равномерное перемещение слоя материала по поверхности грохота в условиях его сегрегации. В дальнейших испытаниях ширина лотка составляла 40 мм.

Исследования по влиянию ширины щели – a на качественные показатели процесса проводились при следующих значениях: 0,5 мм, 0,8 мм, 1,2 мм, 1,6 мм и 2,0 мм. Производительность поддерживалась Q=19 кг/ч, что соответствовало формированию слоя материала H=10 мм. Результаты исследования приведены на рис. 5.

При ширине a=1,22 мм извлечение класса -0,16 мм в нижний продукт, достигало 70 %, при этом извлечение классов +0,16 мм в нижний продукт составляло от 23,2 до 30,1 %. При меньших размерах щели извлечение классов +0,16 мм в нижний продукт не превышало 11,4 %

Рис. 5 Зависимость эффективности разделения/извлечения от ширины щели классификатора

Основываясь на полученных данных наилучшую эффективность разделения по классу -0,16 мм вибрационно-сегрегационный классификатор показал при размере щели a=0,8 мм.

Для других видов материалов, на основании проведенных исследований рекомендуется:

  1. ширину щели a определять как:

(4)

где – толщина слоя отделяемого мелкого материала, мм.

  1. вертикальный зазор между ступеньками, находить из следующего выражения:

(5)

Соблюдение полученных рекомендаций позволит достичь повышения эффективности разделения материалов.

2. Для обеспечения высокой эффективности при разделении отсевов щебня следует использовать конструкцию вибрационно-сегрегационного классификатора, а не вибрационные грохота с металлической сеткой.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.