Содержание
- 1. Технологические линии обогащении и переработки кварцевых песков. Используемое оборудование
1.1. Перспективы комплексной отработки месторождений полезных ископаемых. Состав твердости и абразивности перерабатываемой массы. Технологические линии обогащения и переработки кварцевых песков. Используемое оборудование.
1.2. Межремонтный период оборудования технологической линии обогащения кварцевых песков.
1.3. Использование гидроциклонов в технологических линиях обогащения кварцевых песков.
1.4. Межремонтный период оборудования технологической линии получения кварца молотого.
Выводы.
2. Исследование факторов, влшпощпх па долговечность гидроцпклонов н размольной установки.
2.1. Влияние гранулометрического состава и абразивности твердой фазы перерабатываемой пульпы на изменения конструктивных параметров гидроциклонов.
2.2. Зависимость технологических показателей от изменения конструктивных параметров рабочих элементов гидроциклона.
2.3. Принцип работы воздухоструйной мельницы и факторы, влияющие на ее долговечность.
Выводы.
U 3. Исследование изнашивании рабочих поверхностей лимитирующих звеньев в технологических линиях обогащении и дальнейшей переработки кварцевых песков.
3.1. Энергия изнашивания и состав гидроабразивной пульпы.
3.2. Исследование зависимости износа Песковых насадок гидроциклонов от энергетических параметров гидроабразивной пульпы и ее гранулометрического состава.
3.3. Исследование зависимости износа Песковых насадок гидроциклонов от твердости материала, используемого для их изготовления.
3.4. Вид изнашивания футеровок размольной чаши и мелющих роликов воздухоструйной мельницы.
Выводы.
4. Разработка способов повышении долговечности технологических jiiiiihh производства кварцевого песка.
4.1. Требования к конструкционным материалам способным повысить долговечность оборудования в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевых песков.
4.2. Карбид кремния, как наиболее перспективный материал для повышения долговечности в технологических линиях обогащения кварцевых песков.
4.3. Методы получения изделий из композиционного материала на основе карбида кремния и способ упрочнения рабочих поверхностей.
4.4. Карбид вольфрама, как наиболее перспективный материал для изготовления рабочих футеровок воздухоструйных мельниц при размоле кварцевых песков.
4.5. Метод магнитно-импульсной обработки кварцевых песков, поступающих на размол.
4.6. Расчет изменения энергоемкости измельчения кварцевого песка, предварительно обработанного магнитно-импульсном полем.
4.7. Расчет повышения долговечности воздухоструйной мельницы, при применении предварительной магнитно-импульсной обработки размалываемого кварцевого песка.
4.8. Ожидаемая технико-экономическая эффективность применения результатов диссертационной работы.
Выводы.
Кварцевые пески широко применяются в промышленном, гражданском и дорожном строительстве, литейном производстве и производстве изделий из стекла и керамики, причем объемы потребления и требования к качеству кварцевых песков неуклонно возрастают [1,2,3].
Общее мировое потребление качественного кварцевого песка оценивается в 100−120 млн. т. в год, из которых — 50% приходится на машиностроительное производство, стекольное производство — 35%, керамическую, строительную, химическую и другие отрасли — 15−20%.
Кварцевые пески, называемые формовочными, являются основным составляющим материалом для формовочных и стержневых смесей, используемых в литейном производстве [4], кроме того, они широко применяются для производства всех видов изделий из стекла и керамики [5]. ^ Основными контролируемыми параметрами в химическом составе кварцевых песков для стекольной промышленности являются: содержание двуокиси кремния (S1O2), окислов железа (Ре20з), окислов алюминия (А10). Чем выше содержание двуокиси кремния и ниже содержание всех прочих компонентов, тем выше качество готовой продукции. С точки зрения физико-механических свойств песков для стекольной промышленности, контролируемыми параметрами является однородность гранулометрического состава, чем она выше, тем качественнее готовая продукция. Для формовочных песков одной из основных характеристик является газопроницаемость, которая также зависит от однородности гранулометрического состава, но в данном случае, чем ниже однородность, тем выше газопроницаемость.
Производство всех видов кварцевых песков базируется на природных, А месторождениях, основным минералом которых является кварц в виде зернистой массы.
I Долгое время снабжение промышленности кварцевыми песками осуществлялось путем разработки месторождений, не требующих обогащения. Производство кварцевых песков заключалось в их добыче с последующей отгрузкой потребителю автоили железнодорожным транспортом.
Однако, в связи с истощением месторождений подобного типа и переходу к разработке месторождений кварцевых песков, значительно загрязненных вредными минеральными примесями, а также возросшими требованиями, предъявляемыми промышленностью к качеству получаемого продукта, основным этапом производства кварцевых песков является их обогащение [1−9].
Достижение качественно-количественных параметров кварцевых песков может быть достигнуто использованием различных технологических линий обогащения. Все эти технологические линии основаны на применении д мокрых методов обогащения, когда пульпа из смеси кварцевых песков и воды подвергается механическим воздействиям на различных видах технологического оборудования с целыо извлечения полезного компонента. В то же время, повышение качества полезного компонента увеличивает область применения кварцевых песков в результате их переработки в дополнительных технологических линиях.
В результате этого рабочие поверхности оборудования технологических линий обогащения подвергаются гидроабразивному воздействию пульпы, а в дополнительных линиях переработки кварцевых песков, чаще всего, абразивному воздействию [10]. Энергетические параметры воздействия изменяются в широких интервалах. Все это оказывает влияние на интенсивность изнашивания рабочих элементов оборудования и приводит к снижению долговечности оборудования на отдельных операциях в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевых несков.
При непрерывности и многотоннажности технологического процесса даже кратковременные остановки на ремонт оборудования, выполняющего отдельную технологическую операцию, приводит к остановке всего оборудования линии, что отрицательно отражается на технологических и экономических показателях.
Исходя из этого, повышение долговечности отдельных видов оборудования в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевых песков, выравнивание его по максимальному значению по всей технологической цепи является актуальной задачей.
Актуальность этой задачи будет возрастать с расширением производства и увеличением требований к качеству кварцевых песков для машиностроительной и стекольной промышленности, а также в связи с дальнейшим истощением природных месторождений данного продукта и подключением к разработке месторождений со значительным загрязнением основного компонента вредными примесями.
Для решения поставленной проблемы необходимо на примере наиболее полной технологической линии обогащения кварцевых песков рассмотреть и дать ответ на следующие задачи:
1. Определить величину межремонтного периода технологического оборудования. Найти звено с минимальным лимитирующим значением по этому параметру, как в технологических схемах обогащения кварцевых песков, так и в технологических схемах дальнейшей переработки обогащенных кварцевых песков.
2. Обосновать необходимость увеличения долговечности оборудования на определенную величину у звеньев, имеющих его минимальное значение.
3. Выявить закономерности, влияющие на длительность межремонтного периода у лимитирующего звена в технологической линии обогащения кварцевых песков.
4. Сформулировать требования к конструкции и материалам для изготовления лимитирующего звена оборудования.
Решение поставленных задач позволит снизить эк’силуатационные расходы на содержание оборудования, увеличить выпуск и повысить качество готовой продукции.
Целью работы является повышение долговечности быстроизнашивающегося оборудования технологических линий обогащения и дальнейшей переработки кварцевых песков за счет рационального выбора материалов для изготовления рабочих элементов и за счет снижения энергоемкости измельчения материала, что позволит уменьшить эксплуатационные расходы на содержание данного оборудования и обеспечение качества получаемого продукта.
Идея работы — повышение долговечности оборудования технологических линий производства кварцевых песков возможно не только за счет рационального выбора материала и технологии изготовления рабочих элементов лимитирующего звена, но и путем снижения энергоемкости дробления кварцевого песка при рациональной подготовке полезного ископаемого.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Установлены зависимости содержания шламов в полезном компоненте и полезного компонента в шламах от величины разгрузочного отношения, позволяющие выбрать оптимальный режим работы гидроциклона.
2. Установлены зависимости интенсивности изнашивания рабочих органов гидроциклона при гидроабразивном воздействии от гранулометрического состава и энергии воздействия твердой фазы пульпы.
3. Предложен способ и технология получения композитного материала, обеспечивающего повышение долговечности Песковых насадок гидроциклона при воздействии гидроабразивной пульпы.
4. Предложен способ повышения долговечности воздухоструйной мельницы путем снижения энергоемкости дробления кварцевого песка при предварительной обработке магнитным импульсным полем в оптимальных режимах. д Новизна исследования, состоит в следующем:
1. Определено оптимальное отношение внутреннего рабочего диаметра пескового насадка к внутреннему рабочему диаметру сливного патрубка.
2. Предложена технология химического формования заготовок рабочих элементов гидроциклона, отличающаяся получением равномерной и однородной структуры готового материала, существенно снижающего интенсивность изнашивания.
3. Впервые предложен метод магнитно-импульсной обработки кварцевых песков для повышения эффективности работы воздухоструйных мельниц.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются:
• результатами теоретических и экспериментальных исследований изнашивания оборудования, проведенных в лабораторных условиях и удовлетворительной их сходимостью (Р=95%);
• применением методов математической статистики к представленным объемам экспериментальных данных, использованием современного компьютерного оборудования и математического программного обеспечения;
• необходимым объемом микроструктурных и рентгеновских исследований;
Научное значение исследований заключается в разработке зависимостей интенсивности изнашивания рабочих органов от энергии воздействия гидроабразивной пульпы и выборе способов повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка. Практическое значение работы состоит в разработке: метода химического формования для изготовления рабочих Ф поверхностей гидроциклонов из композиционного материала на основе карбида кремнияiff- - оптимальных режимов обработки кварцевых песков импульсным магнитным полем, позволяющим снизить энергоемкость их измельчения. Реализация выводов и рекомендаций работы. Метод химического формования для получения Песковых насадков гидроциклона из композиционного материала на основе карбида кремния и способ снижения энергоемкости дробления методом магнитно-импульсной обработки приняты к использованию в Государственном научно-исследовательском институте горнохимического сырья (ГИГХС) для разработки рекомендаций по повышению долговечности обогатительного оборудования на горнообогатительных предприятиях, а также в ЗАО «Горно-обогатительное производство» для повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка.
Апробация работы. Основные положения и содержание работы доложены на научно-техническом семинаре в ГИГХС (2005г.), Международных семинарах «Неделя горняка» (2003;2005гг.), семинарах кафедры «Технология машиностроения и ремонт горных машин» (МГГУ 2004;2005 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные работы.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения, содержит 31 рисунок, 41 таблицу и список использованной литературы из 93 наименований.
Выводы:
1. Сформулированы требования к конструктивному материалу, обеспечивающие увеличение долговечности, как в технологических линиях обогащения кварцевых песков, так и в технологических линиях их дальнейшей переработки. а) Материал для изготовления рабочих поверхностей оборудования технологических линий обогащения кварцевых песков, подвергающихся гидроабразивному воздействию, должен обладать твердостью выше твердости любого компонента, входящего в состав гидроабразивной пульпы и однородностью структуры, которая характеризуется наибольшей концентрацией твердых частиц в его объеме, с расстоянием между частицами не превышающими наименьшего размера частиц твердой фазы пульпы.
Доказано, что наиболее полно этим требованиям удовлетворяет изделия из карбида кремния, заготовки которых получены методом химического формирования. б) В технологических линиях дальнейшей переработки кварцевых песков, где рабочие поверхности оборудования подвергаются абразивному износу, требованиям к материалу, который используется для их изготовления, наиболее полно отвечают материалы на основе карбида вольфрама.
2. Предварительная магнитно-импульсная обработка (МИО) обогащенных кварцевых песков позволяет снизить энергоемкость измельчения в технологических линиях дальнейшей переработки на 28%, и повысить долговечность футеровок размольных агрегатов — слабейшего звена в цепи оборудования на 39%.
В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения долговечности оборудования технологических линий производства кварцевого песка.
1. Лимитирующими звеньями, имеющими наименьший межремонтный период в технологических линиях обогащения и дальнейшей переработки кварцевого песка, являются: а) гидроциклоны — за счет изнашивания рабочих поверхностей Песковых насадков при гидроабразивном воздействии пульпы. б) воздухоструйная мельница — в результате износа рабочих поверхностей футеровок размольной чаши и роликов при абразивном воздействии перерабатываемой массы кварцевых песков.
2. Нарушение стабильности разгрузочного отношения гидроциклона в сторону его увеличения в результате гидроабразивного износа внутреннего диаметра пескового насадка резко ухудшает эффективность его работы как аппарата в технологических схемах обогащения кварцевых песков. Определена методика для подбора оптимального разгрузочного отношения гидроциклонов для конкретной технологической линии обогащения кварцевых песков.
3. Удельный весовой износ рабочих поверхностей при гидроабразивном воздействии подчиняется логарифмическим зависимостям от энергетических параметров твердой и жидкой составляющих гидроабразивной пульпы, а также от ее гранулометрического состава.
4. Сформулированы требования к материалу и технологии изготовления лимитирующего звена в технологической линии обогащения кварцевого песка. Этим материалом является композит на основе карбида кремния, полученный методом реакционного спекания.
5. Твердость полученногог материала — 9 единиц по шкале Мооса, что выше твердости кварцевого песка (7 единиц по шкале Мооса). Расстояние между частицами карбида кремния не превышает наименьший размер частиц материала пульпы. Материал с такой структурой и свойствами обеспечил долговечность гидроциклона до 7 месяцев.
6. Предложен метод магнитно-импульсной обработки песков, позволяющий снизить энергоемкость дробления на 28%.
7. Исследования показали, что рациональным режимом МИО песка являются следующие показатели:
— напряженность магнитного поля 5* 106 А/м;
— количество импульсов — 2;
8. Доказано, что изменение влажности песка от 0 до 40% влияет на выход годного продукта, причем наибольший выход мелких фракций происходит при обработке песка влажностью 20%.
9. Проведенные исследования позволили снизить энергоемкость помола на 30%) и увеличить долговечность мельницы на 40%.
10. Предполагаемый экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составит 95 332,95 руб.
