Формирование дисперсных составов порошков при измельчении и агломерации

Актуальность темы

В настоящее время развитие порошковых технологий во многом связано с использованием микропорошков, т. е. порошков с преимущественным содержанием частиц менее 10 мкм. Получение таких продуктов требует интенсивного и продолжительного измельчения исходного сырья и последующей классификации мельничного продукта.

Для ряда материалов выбор технологии производства затрудняется протекающей параллельно с измельчением агломерацией, т. е. объединением мелких частиц в достаточно прочные и более крупные образования. При длительном измельчении материала наступает момент, когда интенсивность агломерации начинает превышать интенсивность измельчения и дальнейшее пребывание материала в мельнице приводит к увеличению среднего размера частиц.

Неидеальность разделения в классификаторе и достаточно жесткие требования к дисперсному составу готовых продуктов вынуждают переходить к каскадным схемам классификации.

Измельчение является энергоемким процессом, при этом стоимость мельниц достаточно высока. При организации производства микропорошков в каскадных схемах может оказаться более выгодным частичная переработка исходного сырья в микропорошок, если промежуточные продукты, требующие значительно меньших затрат на их получение, могут быть реализованы как товарная продукция. Организация многопродуктовых производств также увеличивает количество возможных вариантов схем переработки материала и делает более затруднительным нахождение оптимальной схемы.

Дополнительные проблемы возникают при организации нового производства на базе уже существующего. Структура возможных схем переработки и возможные режимы эксплуатации новой линии ограничиваются внутренними связями, характеристиками и условиями работы элементов работающей технологической линии, при этом появляются ограничения по возможности размещения дополнительного оборудования на существующих производственных площадях.

Отмеченные проблемы выбора оптимальной технологии получения 6 микропорошков определяют и способы решения этой проблемы. Попытки создания высокоэффективных технологических линий для получения микропорошков только на основе эмпирического опыта редко достигают поставленной цели. Наличие большого количества определяющих факторов и многовариантность задачи требуют проведения детального анализа ситуации. Поэтому поиск оптимальной структуры технологической линии был основан на расчетном анализе работы всех элементов с использованием математических моделей, описывающих процессы измельчения, агломерации и классификации.

Целью диссертационной работы является разработка технологии производства тонкодисперсных порошков на основе анализа процессов измельчения и агломерации в размольном пространстве мельницы.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

— предложена математическая модель преобразования дисперсного состава порошков в мельнице, описывающая одновременно протекающие процессы измельчения и агломерации с учетом различия физико-механических свойств одиночных частиц и агломератов;

— исходя из принятой гипотезы о взаимодействии двух частиц при объединении их в агломерат и баланса масс фракций частиц, определен общий вид селективной функции агломерации;

— предложена методика расчета значений распределительной функции агломерации, учитывающая изменение кажущейся удельной плотности частиц при объединении их в агломераты.

Практическая ценность результатов работы состоит в следующем:

— проведено экспериментальное исследование кинетики измельчения талька, шунгита и нефелина в лабораторной и промышленных типа МШ-1 и СМ-6008А шаровых барабанных мельницах;

— разработана методика поиска параметров идентификации математической модели по результатам исследования кинетики измельчения путем последовательного решения оптимизационных задач с привлечением математических моделей более низкого уровня;

— определены параметры идентификации математической модели для использованных типов мельниц и материалов, позволяющие прогнозировать дисперсные составы материалов при их переработке- 7.

— проведен расчетный анализ перспективных схем переработки талька и предложен оптимальный вариант технологической линии для ЗАО «Экохиммаш», включающей существующую установку с шаровой мельницей МШ-1 и классификатором и вновь создаваемый каскад из двух классификаторов;

— определены режимные параметры технологической линии, обеспечивающие одновременное производство двух товарных порошков талька.

Автор защищает:

— математическую модель измельчения и агломерации;

— результаты теоретического исследования общего вида селективной функции агломерации;

— методику расчета распределительной функции агломерации;

— результаты экспериментального исследования кинетики измельчения талька, шунгита и нефелина в шаровых барабанных мельницах;

— значения параметров идентификации математической модели для использованных типов мельниц и материалов;

— структуру технологической линии и значения режимных параметров для организации производства порошков талька на оборудовании ЗАО «Экохиммаш» .

Апробация результатов работы. Отдельные части работы были доложены и получили одобрение на следующих научно-технических конференциях: Международная конференция и V международный симпозиум молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерная защита окружающей среды» (Москва 2001), Международные научно-технические конференции «Состояние и перспективы развития энерготехнологий» (IX и XI Бенардосовские чтения, Иваново, 1999 г. и 2001 г.), Вторая научно-техническая конференция «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования» (Иваново, 2000).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах.

Автор выражает благодарность сотрудникам Ивановского государственного энергетического университета и ЗАО «Экохиммаш», оказавшим активное содействие в проведении данной работы. 8.