Билалов М.А.

директор ТОО НПО «Прогрессивные новые технологии»

Сихимбаев С.Р.

Карагандинский государственный технический университет

К вопросу абразивного износа рабочих органов мельницы ударного импульса (МУИ)

Сверхтонкое измельчение твёрдых строительных материалов в промышленных масштабах, является важнейшей практической задачей для многих современных технологий. В настоящее время на рынке сверхтонкого измельчения работают мельницы, которые имеют ряд недостатков, выраженные в абразивном износе рабочих органов, в частности, билов. Значительной абразивной способностью обладают все массовые строительные материалы.

Однако нельзя оценивать абразивность материала только по износу рабочих органов агрегатов измельчения. Интенсивность износа, помимо свойства обрабатываемого материла, зависит также от формы билов, скорости движения частиц материала, от направления вектора скорости движения относительно ограничивающей его рабочей поверхности, от материала, из которого изготовлены рабочие органы агрегата измельчения. Процесс измельчения, являясь результатом механических воздействий и нагрузок, требует больших энергетических затрат и при этом безвозвратно теряется металл мелющих рабочих органов.

Мельница ударного импульса (МУИ), разработанная в ТОО НПО «Прогрессивные новые технологии», в основном работает на помоле отходов металлургической промышленности и, учитывая его огромные запасы в Республике Казахстан (около 200 млн. тонн и ежегодное его пополнение 10 млн. тонн), даже незначительное увеличение коэффициента полезного действия, надёжности и безотказности измельчительного оборудования, принесут огромную экономическую выгоду.

Недостаток надёжности мельниц из-за ускоренного износа мелющих тел, может серьёзно повлиять на работу всей технологической цепочки, являясь причиной значительных потерь рабочего времени. В шаровой мельнице износ шаров не влияет на прочность конструкции, а износ билов МУИ, являющиеся силовыми элементами, допустим только в пределах запаса прочности узлов мельницы.

На процесс абразивного изнашивания может влиять, природа абразивных частиц, агрессивность среды, свойства изнашиваемых поверхностей, ударное взаимодействие, нагрев и другие факторы [1]. При помоле абразивные частицы, оставаясь целыми или разрушаясь упруго деформируют металл, при этом зёрна могут вдавливаться, отскакивать, интенсивно изнашивая билы.

При обработке материалов металлургической промышленности, имеющих поликристаллическое строение, размольная мощность МУИ в большей степени определяется скоростью свободного удара, нежели частотой ударных воздействий. Износ рабочих органов (билов) МУИ принципиально отличается от износа в агрегатах других конструкции мельниц тонкого помола. В МУИ рабочий орган выведен из области самого интенсивного абразивного износа, что позволило получить минимальное истирание в этом классе мельниц, а помол металла рабочих органов в готовом продукте составляет менее 20 грамм на тонну исходного продукта.

Основным принципом измельчения в МУИ является самоизмельчение частиц, то есть их многократное взаимное столкновение друг с другом. Рабочим телом, инициирующим движение частиц, является воздух, который разгоняется вращающимися роторами, линейная скорость которых превышает 100 м/с. Минимальный износ билов обеспечивается конструкцией камеры измельчения, ротора, а также соответствующей конфигурацией и размерами других элементов мельницы. Все параметры МУИ являются расчетными и определяются в зависимости от свойств конкретного материала, необходимой степени измельчения, крупности исходного и готового продукта.

При этом необходимо помнить, что чем выше исходная крупность питания мельницы, тем выше износ. В ТОО НПО «Прогрессивные новые технологии» существует ряд рациональных форм билов, которые позволяют решать проблему износа для каждого заказчика в индивидуальном порядке (рис.) в зависимости от физико– механических свойств материала.

Рис.Формы экспериментальных билов.

МУИ могут работать при влажности, которая индивидуальна для каждого материала, но обычно не превышает 8-10 % по массе. Одним из эффектов, полученных на мельнице в процессе её исследования является возможность подсушки материала в процессе работы.

Требуемая степень измельчения на МУИ достигается при однократном приложении силы. Один мощный импульс эффективнее большого количества воздействий меньшей силы. В первом случае обеспечивается получение высокодисперсного продукта узкого гранулометрического состава, когда частицы требуемого размера после единичного акта разрушения тотчас же выводятся из мельницы, а в случае с периодическими нагружениями меньшей силы, наблюдается выход крупных частиц и некоторого количества переизмельченного продукта, тормозящего общий процесс помола.

На основе проведенных экспериментов был сделан вывод о нецелесообразности конструирования МУИ с большим количеством рядов билов в одном ряду. Для получения высокодисперсных материалов гораздо эффективнее снижать рядность, параллельно увеличивая скорость движения помольных органов, что и было реализовано в последующих конструкциях с частотой вращения роторов 10 тыс. оборотов в минуту.

В зависимости от скорости вылета частицы и угла её контакта с ударным элементом возможно несколько вариантов соударения, результаты которых могут существенно различаться. При этом форма мелющего тела круглого сечения предполагает самые различные условия контакта в каждой отдельной точке. Если принять, что соударение частицы о рабочую поверхность мелющего тела упруго-пластичным, а её движение, это скольжение при наличии трения, с точки зрения разрушающего воздействия, прямой удар наиболее эффективен, при этом также уменьшается абразивный износ. В этом случае происходит полная передача кинетической энергии ударного элемента непосредственно объекту разрушения, а скользящий удар с последующим перекатыванием частицы отсутствует [2].

Наиболее сильный износ традиционных цилиндрических билов наблюдается на боковых поверхностях ударного элемента, именно в тех местах, где контакты с частицами проходили по касательной.

Экспериментальные исследования билов прямоугольной ударной формы, проведенные в ТОО НПО «Прогрессивные новые технологии», не имеют описанных недостатков, так как условия их встречи с частицами обрабатываемого материала более стабильны, основной контакт происходит под прямым углом к рабочей поверхности ударных элементов и скольжение отсутствует.

На основании вышеизложенного следует, что уменьшение рядности ударных элементов, при обеспечении прямоугольной ударной формы билов является оптимальным путем совершенствования МУИ, повышения их размольной мощности и ресурсов.

Литература:

1. И.А. Хинт. Основы производства силикатных изделий. Госстройиздат, 1962, 601 С.

2. В.Ю. Плявникс. Расчет косого удара о препятствие. Вопросы динамики и прочности. вып. 18, Рига, 1969.