Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования 11
1.1. Современные теоретические представления процесса измельчения и их анализ 11
1.2. Проблемы и попытки решения вопросов совершенствования измельчительного оборудования 24
1.2.1. Обзор существующих измельчителей и пути повышения их эффективности 24
1.2.2. Анализ кинематического движения загрузки в мельницах 30
1.2.3. Перспективы использования вибрационных измельчителей и пути усовершенствования интенсивности их работы 31
1.3. Выводы по главе, формирования задач исследования 35
2- Теоретические основы механики измельчения сыпучих сред в вибрационных измельчителях 37
2.1. Измельчение материалов с позиций механики разрушения твердых сред " 37
2.1.1. Образование микротрещин с позиции дислокационного анализа 39
2.1.2. Рост трещин и образование новых поверхностей измельчаемого материала 46
2Л.З. Побочные явления при измельчении 50
2.2, Явления разрушения материала в вибрационных мельницах с использованием ПАВ 51
2.3. Скорость и кинетические особенности измельчения 53
2.4, Причины снижения тонины помола во времени 59
2 5. Обоснование параметров виброизмельчения с учетом механики измельчения сыпучих сред 63
2,6, Выводы по главе 66
3. Теоретические исследования кинематики и динамики движения мелющих тел в вибрационных измельчителях 68
3.1. Описание исходной модели 69
3.2- Влияние колебательных импульсов на систему аппарата измельчителя 70
3.3. Разработка математической модели (движение мелющей загрузки) 72
3.3.1. Характер движения мелющей загрузки внутри аппарата 72
3.3.2. Механика движения шаровой загрузки в вибрационной камере с позиции динамики удара 73
3.3.3. Закономерности импульсного измельчения материала в вибрационных мельницах 80
3.3.4. Распределение энергии импульсов при взаимодействии мелющих тел 82
3,3.5 Потребляемая мощность вибромельницы с учетом движения мелющей загрузки 84
3.3.6, Расчет тонины помола материалов с учетом энергии движения внутримельничной загрузки 86
3.4. Выводы по главе 87
4. Экспериментальные исследования режимов работы вибрационных мельниц 89
4Л. Методика проведения эксперимента 89
4ЛЛ. Описание экспериментальной установки 89
4.1,2, Определение дисперсных свойств материалов 92
4Л.З. Измерение амплитуды колебаний вибромельницы 95
4.1 А Измерение частоты колебаний вибромельиицы 96
4J.5- Измерение энергии (мощности), потребляемой при измельчении 99
4Л-6. Обработка экспериментальных данных 99
4.2. Результаты экспериментов 101
4.2.1. Экспериментальные исследования влияния параметров вибромельницы на кинетику измельчения 102
4.2 Л.1. Влияние частоты колебаний на время измельчения материалов--Л 03
4.2Л .2. Влияние амплитуды колебаний на время измельчения материалов 103
4.2.1.3. Влияние размера мелющих тел на время измельчения материалов 104
4.2 Л А Влияние степени заполнения шарами мельницы 109
4.2.2. Экспериментальные исследования влияния параметров
виброизмельчения на энергию виброизмельчения 109
4.2.2.1. Влияние частоты колебаний на величину затраченной энергии 109
4.2.2,2-Влияние амплитуды колебаний на величину затраченной энергии Л IО
4.2.2.3. Влияние диаметра мелющих шаров на величину затраченной
энергии 113
4.2.2.4, Влияние степени мелющей загрузки на величину затраченной энергии 113
4-3. Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований 113
4, 4. Выводы по главе 120
5. Практическое использование результатов выполненных исследований 122
5 1. Методика расчёта параметров и подбора рабочих режимов виброизмельчителей 122
5.2. Технико-экономическая эффективность основных результатов исследования 129
Основные результаты работы, общие выводы 133
Литература
- Проблемы и попытки решения вопросов совершенствования измельчительного оборудования
- Рост трещин и образование новых поверхностей измельчаемого материала
- Разработка математической модели (движение мелющей загрузки)
- Определение дисперсных свойств материалов
Введение к работе
Развитие современной промышленности требует углубленного научного подхода к исследованию её отраслей. Создаются и совершенствуются новые технологии и операции. Это дает возможность шире использовать те или иные материалы, сделать производственный процесс более производительным, экономичным и качественным.
Одним из важных технологических процессов, развитие, которого" привлекает сегодня большое внимание, является процесс тонкого измельчения.
Цель измельчения сводится не только в уменьшении крупности частиц обрабатываемого продукта, но и, также, к изменению внутренней структуры вещества (механическая активация).
Известно, что измельченный материал изменяет свои свойства (температуру плавления, механическую прочность, химическую активность), что предопределяет интенсификацию его обработки: быстрое получение конечного продукта, уменьшение энергозатрат, качественное и полное использование сырья.
В сегодняшнем производстве практически нет такой промышленности, где бы ни применялось измельчение материалов.
Оно может быть второстепенным или главным в отраслях строительства. Так, например, в технологии цемента измельчение используется для получения тонкого однородного состава сырьевой смеси (глины, извести), а также для приготовления цементного клинкера и цементных растворов [1, 2, 3].
Бетон, изготовленный из цемента тонкой структуры, имеет более высокую прочность, быстрые сроки схватывания, конструкции на его основе надежны в эксплуатации.
Большое значение тонкое измельчение имеет в подготовительных процессах, в отраслях черной и цветной металлургии, благодаря чему происходит обогащение руд металлов и облегчение их дальнейшей переработки. Это дает возможность вторичной переработки сырья при выбросах в отвал и складировании, повышения комплексного и рационального использования металлоресурсов, а также уменьшение вредного воздействия промышленных отходов на окружающую среду, что особенно важно с учетом сегодняшней экологической обстановки [4, 5, 6].
Измельчение широко используется в пищевой промышленности для получения тонких сыпучих и вязких материалов в мукомольном, кондитерском, сахарном производствах [7].
Без механической обработки невозможно проведение физико-химических процессов в любой из отраслей химической промышленности, где измельчение (активацию) можно использовать как подготовительный процесс, так и для осуществления химических реакций [8, 9,10].
Измельчение и активация измельчением стали основой в производстве некоторых новых материалов, (силикальцит), что зарождает новое направление при производстве рудного сырья - механометаллургии [11],
Тонкое измельчение все больше и больше используется в лакокрасочной промышленности для интенсификации физико-химических свойств пигментов (кроющая, красящая, разбеливающая способности) [12], при производстве керамики [13], а также в приготовлении топливного сырья в энергетической промышленности [14, 13, 15].
Широкое применение измельчения и активации измельчением привело к созданию многочисленной базы аппаратов-измельчителей (шаровые, вибрационные, струйные, ударно-отражательные мельницы, дезинтеграторы).
Каждый из аппаратов имеет определенные условия измельчения (среда измельчения, своеобразие рабочих органов, силовые и скоростные характеристики движения), степень измельчения, технико-экономические показатели, что делает его пригодным для применения того или иного типа материала.
Следовательно, важно уделять серьезное внимание оптимальному выбору аппарата, отвечающего необходимым требованиям к качеству измельчаемого материала. Эта сложная инженерная задача не всегда решается до конца.
Для такого случая интерес представляет измельчительный аппарат вибрационного типа.
Вибрационные мельницы имеют большие возможности управления измельчением, благодаря их разнообразию рабочих режимов и параметров, (амплитуда и частота колебаний, степень загрузки). Хотя такие режимы виброизмельчения известны, до сих пор нет их оценки и методики расчета.
Актуальность работы заключается в изучении процессов измельчения в вибромельницах и установление закономерности движения мелющей загрузки. Это дает возможность определить количественную и силовую меру воздействия на измельчаемый материал, а также энергозатраты, необходимые для измельчения материала до определенной тонины и осуществить обоснованный выбор режима измельчения.
В работе данная проблема решается путём математического моделирования-движения мелющей загрузки в вибрационном измельчителе с последующей экспериментальной проверкой результатов.
Проводится оценка эффективности режима виброизмельчения, на основании чего определяются оптимальные условия работы измельчителей.
Объект исследования - рабочие процессы, происходящие при различных режимах виброизмельчения материалов.
Предмет исследования - величина удельной поверхности материала, см /г, величина средневзвешенного диаметра частиц материала, мм, величина мощности измельчения при движении внутримельничной загрузки, Вт- г
Цель работы заключается в совершенствовании процесса получения тонкой структуры материалов путём оптимизации параметров виброизмельчительных машин.
Методы исследования:
В работе использован комплекс методов исследования, которые включают: Патентный и литературный поиск, анализ, математическое моделирование г изучаемых процессов, экспериментальное исследование, математическую статистику в обработке результатов измерений, индукцию и дедукцию в формулировке выводов исследования.
Научная новизна работы:
Получены зависимости технико-экономических показателей вибрационных измельчителей от их рабочих параметров с использованием закономерностей движения внутримельничной загрузки
2.Предложена методика расчёта параметров и выбора рабочих режимов виброизмельчения.
Практическая ценность работы:
Создана методика расчета параметров, позволяющая назначить экономически целесообразный режим работы виброизмельчителей для материалов с различными дисперсионными свойствами.
На защиту выносятся;
Методика расчёта параметров и подбора рабочих режимов виброизмельчителей, выполненная на основе разработанной математической модели движения мелющих тел в виброизмельчителях.
Ее основные положения:
1. Предварительный подбор параметров виброизмельчения, исходя из расчёта усилий и напряжений, необходимых для образования тонкодисперсной структуры материала.
2. Расчёт основных технико-экономических показателей виброизмельчителей в зависимости от параметров виброизмельчения.
3/ Сравнение технико-экономических показателей, полученных по расчётам и выбор наиболее оптимального режима настройки виброизмельчителя.
Апробация работы:
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях АлтГТУ, г, Барнаул 1998-2000 гг, па Международной Научно-технической конференции "Резервы производства строительных материалов"/ Барнаул, 1997/, на Международной Научно-технической конференции «Композиты - в народное хозяйство России» (Барнаул 1999г.), на 57-ой Научно-технической конференции НГАСУ,-Новосибирск, 2000, на семинарах кафедр ТиМС АлтГТУ, " Строительные и дорожные машины ", " Машины и оборудования " ТГАСУ, на расширенном заседании кафедры «Дорожные машины» СибАДИ (Омск, 2002г.) Публикации:
По результатам исследования опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объём работы:
Работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка литературы из 105 наименований.
Общий объём работы содержит 177 страниц, в том числе 62 рисунка, 18 г таблиц.
Проблемы и попытки решения вопросов совершенствования измельчительного оборудования
Тонкое механическое измельчение, и его количественные и качественные характеристики во многом зависят от самого измельчителя, поэтому очень важно знать, какой тип аппарата пригоден для механической обработки того или иного промышленного материала, правильно осуществить подбор такого оборудования. На первый взгляд это не очень сложная задача для инженерного состава предприятия: механиков и технологов, однако, как известно процесс измельчения-активации далеко не прост» тем более еще не достаточно изучен, г Кроме того свойства каждого материала (прочность, твердость, хрупкость) весьма различны, и это затрудняет оптимальный выбор конструкции.
Первый патент на измельчитель (роторную дробилку) был представлен еще в 1842 году, а почти через 100 лет появились первые промышленные машины. На сегодняшний день удалось создать множество конструкций с такими функциями, работающих во многих отраслях производства и с различными материалами (рис-1.2),
Все это ставит задачу классификации машин и механизмов практически невыполнимой. Классификация может учитывать многие факторы, г воздействующие на данный механизм и определять использование машин в той или иной области, однако в настоящее время единой комплексной классификации нет, и все попытки ее создать обрекли исследователей на неудачу.
Жизнь не стоит на месте и разработанные ранее конструкции необходимо постоянно исследовать и совершенствовать их работу.
Целью этих исследований является снижение стоимости измельчения, уменьшение удельных затрат энергии, износа и металлоемкости, увеличение их долговечности и удобство эксплуатации. Поэтому с каждым годом создаются все новые и новые измельчители усовершенствованных и модернизированных конструкций, и трудно сказать, какому материалу пригоден тот или иной тип измельчителя.
Известно, что измельчение материалов в этих машинах ведется несколькими методами: раздавливанием, раскалыванием, ударом, изломом и истиранием и их сочетанием [8,19], Поскольку в каждой мельнице используется определенный метод воздействия на материал, приемлемый для его физико-механических свойств, то с учетом этого можно приблизительно подобрать необходимый измельчитель. Однако такой подбор примитивен и зачастую бывает не всегда верен.
Представленные на схеме измельчители (рисЛ.З) имеют широкое распространение во многих отраслях промышленности, где требуется механическая переработка материалов. ш Основной способ измельчения этих аппаратов - удар, сочетающийся с частичным истиранием, раздавливанием. Принцип работы мелющих тел основан на взаимодействии не только с рабочим продуктом, но и друг с другом. Это дает возможность качественно обработать материал, что проявляется в его активированной тонкоизмельчённой структуре.
В последние годы помольное оборудование, основанное на ударно-истирающем измельчении, привлекает больше внимания. Это заметно из ряда исследований ученых: В. А- Баумана, B.C. Богданова, В.И. Козлова, Е. Г. Аввакумова, В. В, Товарова, И. М. Гельперина, Р. Планио, В. И, Акунова и других ученых [25,36,37],
Мельницы ударно-истирающего действия имеют некоторые преимущества перед другими измельчителями: низкую металлоемкость, высокую производительность и степень измельчения, меньший удельный расход энергии.
Однако измельчители ударно-истирающего действия предназначены для работ с материалами малой и средней твердости, а при работе таких машин с более твердыми материалами происходит быстрый износ их рабочих органов (мелющих тел, билл, пальцев), в этом случае необходимы пути решения, направленные на увеличения ресурсов использования таких органов. Это г можно осуществить:
1) созданием простых и быстро заменяющихся основных рабочих органов, имеющих высокий коэффициент использования материала рабочего органа;
2) применением специальных износостойких сплавов для рабочих органов. Кроме того, постоянно разрабатываются новые конструкции мелющих тел, с целью увеличения их срока службы и получения качественного продукта, также проводятся решения инженерных задач по интенсификации процесса измельчения, связанных с изменением формы корпусов мельниц, изменением конструкций и расположением внутренних элементов машин: решеток, роторов, дополнительных вставок и т. д.
Так за последние годы предложено большое количество авторских свидетельств и изобретений по этому вопросу [38-44].
Однако как бы эти разработки ни улучшали условия эксплуатации мельниц, база этого оборудования остается той же, а, следовательно, основные недостатки помольных машин продолжают сохраняться.
Одним из главных недостатков, снижающим эффективность работы таких машин - отсутствие гибкости режимов в зависимости от свойств измельчаемого материала, поэтому каждый измельчитель работает только в узком диапазоне дисперсных свойств материала, кроме того, совокупность таких материалов для конкретной машины очень ограничена.
Рост трещин и образование новых поверхностей измельчаемого материала
Следующим этапом разрушения является рост образовавшихся трещин и формирование новых поверхностей. Этот этап представляет интерес для нашего исследования, т.к. позволяет судить о скоростных параметрах разрушения, что очень важно с точки зрения производительности получения высокодисперсных структур. Поскольку в настоящей работе больше внимания-уделяется ударному измельчению, мы будем рассматривать механизм разрушения при содействии ударов, ударных нагрузок, В ряде источников уже изучался такой вид разрушения [25, 64], Сущность его сводится к воздействию на частицы ударной волны, вызванной внешним источником.
Частицы, подверженные удару, имеют много внутренних дефектов и микротрещин» кроме того, для начала роста трещины в них должно выполняться условие: 1 W, (2Л4) где I кр — критическая длина трещины. г Энергобаланс роста трещины выглядит следующим образом: d(T+U)dt 0; s(t) 0, (2Л5) где Т - кинетическая энергия в месте трещины; U - полная энергия деформаций; е - величина деформаций-. Таким образом, перед началом роста трещины материал уже имеет тенденцию к разрушению.
При столкновении частицы с источником удара в ней начинают распространяться упругие волны, скорость которых равна скорости звука в данном материале- Волны, проходя через частицу, отражаются от ее наружной поверхности и обратно проходят через частицу- Отражение волн, их торможение перед препятствиями создают формирование вторичных трещин и изломов.
Движение трещины возникает вследствие прохождения волны, причем замечено, что фронт волны движется впереди фронта разрушения, т.е. трещины.
Перемещение трещины происходит между двумя зонами деформации: пластической и упругой. Снятие напряжений в этих зонах и определяет ход трещины. Закон распространения трещины (зависимость ее скорости, длины от времени) определяется силовыми и энергетическими действиями. Исследованиями отмечено, что скорость распространения трещин для различных материалов составляет от 0,2 до 0,5 скорости волн сдвига С [64]. Это связано с тепловым расширением в области напряжения и образованием значительной зоны деформации.
Раскрытие и распространение трещин условно можно подразделить на 3 вида: распространение при нормальном отрыве, поперечном сдвиге и продольном сдвиге с растяжением-сжатием (рис 2.8.) а их напряженность (концентрация напряжений) будет характеризоваться коэффициентами интенсивности напряжений: Ki - коэффициент интенсивности при нормальном отрыве; Кц - коэффициент интенсивности при поперечном сдвиге; Km - коэффициент интенсивности при продольном сдвиге. Для наглядного представления картины распространения трещины отметим, что распространение трещины имеет 3 вида: распространение при нормальном отрыве, поперечном сдвиге и продольном сдвиге с растяжением-сжатием.
Рост трещины будет эффективно проходить до тех пор, пока этому будет способствовать напряженное состояние в зоне трещины. Следовательно, распространение трещин возникает при освобождении энергии напряжений в области нагружения материала.
Далее в силу вступают сопротивления внутренним дефектам, дислокациям и наличие в ходе измельчения релаксационных явлений, о которых будет упоминаться ниже. Таким образом, начинается очередной этап движения трещин - это замедление ее роста, снижение скорости и при этом также понижение интенсивности напряжения. Все это приводит к остановке деформационной волны, смыканию краев трещины и торможению процесса измельчения. Высвободившаяся в результате роста трещины упругая энергия используется для формирования новых поверхностей- На данном этапе измельчения энергетическое описание его удовлетворительно представляют уже ранее указанные классические законы измельчения (законы Кирпичева-Кика, Риттингера) (см.глЛ).
Представленный механизм разрушения не дает полного понятия об исследуемом процессе и с экспериментальными наблюдениями, В конце концов, неясно, почему останавливается процесс разрушения, почему. замедляется скорость роста трещины, и что этому препятствует. Такое объяснение может дать лишь раскрытие побочных явлений, происходящих в ходе измельчения, что позволит пояснить представленный механизм разрушения в целом.
В ряде наблюдений было отмечено проявление таких побочных механизмов-измельчения как выделение (диссипация) тепла, повышение давления в объеме измельчаемого материала, электризация частиц материала, экзоэмиссия и механоэмиссия электронов, которые в той или иной степени влияют на структуру измельченного материала. Исследования профессоров Аввакумова Е.Г., Болдырева В.В., Бобкова Г.П., Веригина КХА., Колобердина В.И., Молчанова В.И., Ходакова Г.С. и других ученых затрагивают эти вопросы [10, 31, 65, 66, 67, 68, 69], однако на сегодняшний день причины таких явлений не освещены до конца.
В указанных работах было отмечено, что наряду с разрушением материала: и накоплением в нем внутренних дефектов, в ходе измельчения происходит восстановление структуры материала, связанное с его релаксационными свойствами, зависящими от структуры материала, его условий нагружения особенностей частиц, а также физико-химических явлений при измельчении. Экспериментальные данные [31] наглядно показывают проявление таких свойств. Так, например, скорость химических превращений тонко измельченного вещества заметно снижается после его длительной выдержки.
Учеными Бобковым Г, П., Веригиным Ю А- было предложено описание релаксационных механизмов с точки зрения термодинамики необратимых процессов [66 67].
В общей форме распределение механической энергии на деформируемое тело определяется согласно уравнению (1.5).
Анализируя это уравнение, можно отметить, что подведенная энергия деформации (левая часть уравнения) идет на энергию механической активации вещества, дальнейшее физико-химическое превращение и выделение Ґ (диссипацию) тепла. Следовательно, помимо полезной работы, затраченной на образование новых активных поверхностей и изменение внутренней структуры вещества, в ходе процесса измельчения часть энергии неизменно будет активизировать другие необратимые процессы, в частности изменение термодинамического состояния системы. Величина полезной работы будет уменьшаться, что, в конечном счете, ее станет недостаточной для преодоления новых сопротивлений разрушению. Все это создает необходимость подвода дополнительной энергии к г измельчаемому материалу,
Разработка математической модели (движение мелющей загрузки)
Приступал к построению математической модели виброизмельчителей, нельзя не обойтись без представления картины измельчения в вибромельницах.
Было отмечено, что шары и другие мелющие тела начинают свое движение благодаря колебанию корпуса (барабана) вибрационного аппарата [52,55].
Под действием круговых циклических колебаний совокупность шаров и измельчаемого материала, заполняющая пространство измельчительной камеры, совершает круговые колебания с общей замкнутой траекторией.
Сложность траектории, как каждого шара, так и всей мелющей загрузки в целом объясняется частыми многократно повторяющимися ударами, причем,, если учесть, что продолжительность ударов и промежуток времени между ними мпювенны, исследование этого процесса в таких измельчителях представляет собой трудную задачу.
Попытки изучения движения в вибрирующем аппарате представлены в [17].
Можно отметить, исходя из описанных работ [3,55,75], что разрушение частиц материала происходит при попадании его в зону контакта, между соударяемыми шарами, либо между шарами и вибрирующей стенкой корпуса. Здесь вступает в силу ударно-истирающий механизм воздействия на материал,-в результате чего в нем возникает напряженное состояние (см, гл 2). Таким образом, для выявления механизма измельчения в вибрационной мельнице необходимо рассмотреть характер движения мелющих тел с позиции ударных нагрузок.
Кинематические и динамические изменения, происходящие между мелющими телами и измельчаемым материалом при их постоянном контакте в корпусе мельницы, изложены в фундаментальных трудах Андреева С, Е,, Олевского В- А., Сиденко П. М., Шинкоренко С. Ф. [5, 95, 96, 97]. В дальнейшем они были дополнены современными представлениями по этому вопросу в исследованиях Богданова В- С, Воробьёва Н. Дм Ельцова М. 10., Марюты А. Н., Першина В. Ф, [90, 91, 92, 93, 94, 98, 99, 100, 101] и других учёных- Такие работы созданы на основе тщательного изучения движения мелющей загрузки в барабанных шаровых мельницах, хотя в тоже время выявленные особенности характера движений применимы и к вибрационным измельчителям.
В качестве исходной модели мы будем использовать корпус вибрационной мельницы с мелющими телами (шарами) предполагая, что шары расположены в корпусе последовательными слоями (рис.3,2,).
Энергия колебаний для всей мелющей загрузки будет передаваться также последовательно от внешнего слоя (ближайшего к корпусу вибромельницы) к внутренним слоям.
Толщина и число таких концентрических слоев зависит от радиусов измельчительной камеры и мелющих шаров. Радиусы концентрических слоев определяются следующим образом: pk=R (2k-l)-r,, (3.7) где к=1,2,3 - номер слоя шаров, отсчитываемый от футеровки вибрационного корпуса; rs - средний радиус шаров загрузки;К - радиус виброкорпуса.
Движение слоев загрузки Несмотря на то, что, на движение слоя будут влиять характеристики взаимодействия его отдельно взятых шаров, допустим, что скорость всего слоя постоянна и зависима от характеристик удара стенки корпуса виброизмельчителя. Очередной слой мелющих тел будет передавать скорость колебаний следующему неподвижному слою с меньшей скоростью, таким образом» по мере удаления мелющих шаров от стенки барабана, энергия колебаний от слоя к слою будет затухать.
Следовательно, распространение колебаний при увеличении р{ ослабеет, что повлияет на силовое воздействие на измельчаемый материал.
Рассмотрим перемещение наружного слоя шаров в вибрирующем корпусе (рис.3.3). Его движение будет осуществляться за счет взаимодействия с вибрирующими стенками аппарата. В данном случае ограничимся его рассмотрением в одной плоскости движения (XY), т.е. в плоскости вибрации. Тело, находясь в этой плоскости под действием колебательных импульсов и сил тяжести, будет совершать циклические круговые колебания вдоль рассматриваемой плоскости, многократно ударяясь и сталкиваясь с вибрирующей стенкой аппарата.
Определение дисперсных свойств материалов
Помимо изучения дисперсных свойств материалов при виброизмельчении г были проведены эксперименты по изменению рабочих режимов измельчения для осуществления проверки адекватности разработанной теоретической модели движения мелющих тел в вибрационной мельнице. Как уже упоминалось ранее, к параметрам вибромельниц относятся: 1)частота колебаний; 2) амплитуда колебаний ; 3) размер мелющих тел ; 4) степень заполнения и объём мелющей загрузки; 5) объёмное соотношение между мелющей загрузкой и измельчаемым материалом.
Естественно, что влияние того или иного параметра не носит прямой характер воздействия на измельчаемый материал , т. к. свойства материала г будут также вносить в кинетику помола существенные изменения , Влияние частоты колебаний на время измельчения материалов Указанная серия опытов (рис. 4,9, 4Л0, 4Л 1,4Л2) показывает влияние изменяемой частоты колебаний на удельную поверхность и размеры частиц материалов.
Можно отметить , что скорость прироста дисперсности различных материалов растет с увеличением виброчастоты . Причем, эта зависимость на начальных и средних участках кинетических кривых практически прямая, т. е. кратность увеличения прироста тонины измельчаемого материала соответствует кратности увеличения виброчастоты и как следствие этого, аналогичным образом изменяется производительность мельницы. Очевидно, что это приводит к увеличению скорости разрушения материалов, благодаря чему материал измельчается быстрее. Этот факт проявляется также и при виброизмельчении кварцевого песка в исследованиях [54], как это видно из рис. 4,10.
Анализируя характер изменения тонины помола в материалах при различных частотах (20-50 Гц), можно отметить, что увеличение частоты колебаний не во всех случаях значительно создаёт прирост дисперсности материала. Однако влияние частоты колебаний особенно эффективно для измельчаемого продукта, т. к_ при этом растет как величина ударного импульса мелющих шаров, так и число ударов по измельчаемому материалу.
Установлено, что независимо от частоты колебаний вибровозбудителя и механических свойств измельчаемого материала с возрастанием момента вибровозбудителя или амплитуды колебаний растет и скорость прироста удельной поверхности измельчаемых порошков. Эксперименты, представленные нарис. 4.11, 4.12, показывают эту зависимость. Амплитуда колебаний существенным образом оказывает влияние на степень измельчения [52,57], т. к- с ее ростом увеличивается и скорость помола, и степень измельчения, и выход химически активного продукта [52-57] Особую эффективность на процесс измельчения оказывают режимы с большими размахами колебаний {5-6 мм). Это аналогичным образом, как и при изменении частоты колебаний, увеличивает скорость движения рабочих органов, снижает время помола и повышает производительность процесса.
В вышеуказанных работах [49,52,59] отмечалось, что помимо основных амплитудно-частотных характеристик нельзя не учитывать размеры мелющих органов,
В то же время, анализируя экспериментальные данные кинетики измельчения в зависимости от размеров мелющих шаров можно отметить , что изменение величин шаров по сравнению с основными параметрами вибрации незначительно и трудно заметить какую-либо конкретную зависимость .
Однако можно утверждать, что диаметр мелющих шаров следует выбирать в зависимости от крупности измельчаемого материала (см. формулу 2,39). Как показали представленные исследования» для тонких частиц строительных материалов оптимальный диаметр шаров находится в диапазоне (8-18 мм) (рис. 4-13,4.14). Учитывая это, становится ясным, что крупные шары лучше использовать для грубого помола и прочного материала , а по мере увеличения его тонины и для высокодисперсных материалов лучше использовать шаровую загрузку меньшего диаметра, что позволит увеличить число ударов на материал и снизить его тенденции к агрегации,Экспериментальные исследования рис. 4.15 показали, что оптимальная г степень заполнения мелющими шарами в камере измельчителя, обеспечивающая наибольшую производительность, составляет 75 - 85 %.
Очевидно, что при малых степенях заполнения вероятность столкновения частицы материала с мелющим шаром будет меньше {зависимость 3.19), что приведет к образованию " мертвых зон " в объеме камеры измельчителя. Чрезмерное увеличение (свыше 80 %) приводит к режиму " стесненного удара", что ограничивает степень свободы движения частиц и этим уменьшает возможности их разрушения г
