employee
employee
employee
employee
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
The paper presents an analytical study on the calculation of power consumption for desagglomeration materials, pre-crushed and pressed in a press roller grinder.
press roller chopper, power, desagglomeration pressed materials
Введение. Известно, что использование прессвалковых измельчителей (ПВИ) в технологической линии помола цемента позволяет повысить производительность помольной линии на 25–35 % [1, 2]. Однако выходящий из ПВИ материал имеет структуру в виде прессованной ленты, что требует особых условий его дезагломерации и окончательного помола. За рубежом широкое распространение получили технологические помольные схемы, включающие в себя ПВИ, молотковую дробилку, используемую для дезагломерации спрессованных пластин и традиционную шаровую мельницу для окончательного помола шихт, работающую в открытом или замкнутом цикле измельчения [3, 4, 6]. Реализация такой схемы позволяет повысить производительность шаровой мельницы на 30 % и на 15–18 % снизить удельный расход электроэнергии. Известны также способы помола материалов, при которых материал сначала измельчается между валками ПВИ под высоким давлением, а затем разрушается образованный агломерат во вращающемся дисковом питателе или в элеваторе с центробежной разгрузкой [3, 4], а окончательный помол также осуществляется в шаровой мельнице. Приведенные способы помола материалов позволяют повысить производительность конечного агрегата на 20–35 % и снизить энергозатраты на 10–20 %.
Однако применение дополнительного агрегата для дезагломерации спрессованного материала влечет за собой повышение затрат на содержание и эксплуатацию помольного оборудования.
Фирмой «Humboldt Wedag» разработан способ измельчения материалов, в котором дезагломерация и окончательный помол шихты осуществляется в одном агрегате – ШМ. Мельница в этом случае имеет две камеры, первая из которых служит для разрыхления агломерата без мелющих тел или с небольшим их количеством, а во второй осуществляется окончательный помол. Однако при реализации этого способа не эффективно используется объем и возможности помольного агрегата. Поэтому целесообразно проводить исследования, связанные с созданием оборудования и способа помола, который позволяет производить предварительное измельчение и дезагломерацию шихты в одном агрегате [5, 7].
Методология: Рациональное решение данной проблемы заключается в разработке и созданию агрегата совмещающего в себя процессы измельчения материалов давлением и разрушения спрессованных пластин. Проведенные экспериментальные исследования по изучению влияния давления измельчения материалов на величину усилия разрушения спрессованных в ПВИ пластин [8] позволили установить, что с увеличением давления прессования увеличивается не только степень измельченности материала, но и прочность спрессованных пластин. Причем для их дезагломерации необходимо в зависимости от направления прилагать различные по величине усилия, также установлено, что целесообразно прилагать усилия их разрушения в направлении перпендикулярном прессованию или сочетание раздавливающих и сдвиговых деформаций.
Основная часть. С учетом полученных результатов исследования нами разработана опытная конструкция ПВИ с устройством для дезагломерации спрессованной ленты, которая позволяет совместить в себе процессы измельчения и дезагрегации спрессованного материала, тем самым снизить эксплуатационные затраты и повысить эффективность использования помольного агрегата (рис. 1).
Пресс-валковый измельчитель с устройством для дезагломерации включает в себя загрузочный бункер 2, установленные на раме конические валки 1 и дезогламерирующее устройство, которое состоит из дополнительных валков 3, имеющих конусность обратную основным валкам.
Рис. 1. Пресс-валковый измельчитель с устройством для дезагломерации материалов:
а) схема, б) опытная установка
Агрегат для измельчения материалов работает следующим образом. В загрузочный бункер 2 подается исходный материал, например, клинкер который захватывается коническими валками, между которыми осуществляется его разрушение и прессование.
Выходя из межвалкового пространства в виде спрессованных пластин материал, разрушается между двух дополнительных валков конических валков.
Дополнительные валки имеют обратный конус с основными коническими валками и тем самым осуществляют противоположно направленное силовое воздействие на измельченный и спрессованный в основных валках материал, что позволяет произвести не только его дезагломерацию, но и раскрыть микротрещины частиц.
Как показали исследования, в зависимости от исходного материала и режима его измельчения в ПВИ в нем содержится от 30 % до 40 % готового продукта с размерами зерен менее 80 х 10-3 мм. Удаление, которого перед агрегатом окончательного помола позволяет значительно снизить энергозатраты. Однако на процесс дезагломерации материалов дополнительно затрачивается мощность, расходуемая на перемещение и разрушение спрессованных пластин, а отсутствие методики расчета её величины тормозит внедрение данной конструкции ПВИ в производство.
Для нахождения мощности, затрачиваемой на разрушение спрессованных пластин материала между пресс-валками, обратимся к расчетной схеме, представленной на рисунке 2.
Согласно, расчетной схемы (рис. 2) площадь силового воздействия от момента захвата материала до выхода его из валков (заштрихованной фигуры), и объем соответственно равны:
. (1)
Рис. 2. Расчетная схема для определения площади
разрушаемой пластины материала
. (2)
В результате захвата вращающимися валками пластины материала под действием силы упругости в нем возникает энергия равная:
, (3)
где к – коэффициент жесткости блока пружин; – исходная толщина пластины материала; d – линейный размер частиц измельченного материала.
В результате введения энергии (3) в объеме (2) совершается работа по разрушению пластины материала, величина которой равна:
. (4)
где 
– предел прочности пластины материала при одноосном сжатии; Е – модуль Юнга разрушаемого материала; b – ширина валков.
На основании (3) и (4) получаем следующее соотношение:
. (5)
Исходя из (5) величина линейного размера измельченного материал, равна:
. (6)
В силу положительности подкоренного выражения в (6) можно получить следующее неравенство:
(7)
где введено следующее обозначение:
. (8)
Полученное соотношение (8) определяет минимально допустимое значение величины жесткости блока пружин, при которой происходит дезагломерация (разрушение) спрессованного материала.
Величина мощности, затрачиваемая на разрушение пластины материала при повороте волков пресс-валкового измельчителя на угол
:
, (9)
где время можно определить как:
(10)
w – частота вращения валков.
С учетом выражений (10), (9) , (4) получим уравнение для определения мощности, затрачиваемой на разрушение измельченного и спрессованного в пластины материала между основными валками ПВИ:
. (11)
Таким образом, полученное аналитическое выражение (11) позволяет определить мощность, затрачиваемую на дезагломерацию измельченного и спрессованного между основными валками материала с учетом геометрических размеров валков и физико-механической характеристики материала.
Выводы. Проведенные экспериментальные исследования на опытной установке ПВИ подтвердили эффективность от использования и высокую сходимость результатов, полученных расчетным и экспериментальным путем. Расхождения составили не более 10–15 %
В настоящее время проводятся работы по внедрению опытно-промышленной установки в технологическую линию для производства строительных смесей, расположенной на производственной площадке ООО «СпецСтрой-5».
1. Romanovich A.A., Alehin P.V., Mescheryakov S.A Opredelenie usiliya izmel'cheniya anizatropnyh materialov v press-valkovom izmel'chitele // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2010. №3. S. 79-82.
2. Romanovich A.A. The technology of nano-materials obtaining with using of traditional milling equipment // International Conference on European Science and Technology. 2012. S. 233-236.
3. Romanovich M.A., Rudychev A.A., Romanovich L.G. Venchurnoe investirovanie v innovacionnye predpriyatiya za rubezhom i v Rossii // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2011. №4. S. 124-127.
4. Bogdanov V.S., Semikopenko I.A., Maslovskaya A.N., Penzev P.P. Dezintegrator s uzlom vysokoskorostnoy podachi izmel'chaemogo materiala // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2009. №1. S. 101–103.
5. Romanovich A.A. Energosberegayuschiy pomol'nyy kompleks dlya pererabotki prirodnyh i tehnogennyh materialov: monografiya, Belgorod: Izd-vo BGTU, 2006. 187s.
6. Shonert K. Energeticheskie aspekty hrupkih materialov // Zement-kalk gips. 1979. T.32. №11. r. 1–9.
7. Shonert K., Knobloh O. Izmel'chenie cementa na valkovom izmel'chitele v posteli materiala // Zement-kalk gips 1986.T.37. №11. r. 1–9.
8. Romanovich A.A., Orehova T.N., Mescheryakov S.A, Prokopenko V.S. Tehnologiya polucheniya mineral'nyh dobavok // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2015. №5. S. 188–192.
