Обоснование конструктивных и режимных параметров энергосберегающих конструкций конусных дробилок

Актуальность работы. Процессы дезинтеграции (дробления и измельчения) минерального сырья являются наиболее распространенными и к тому же энергоемкими технологическими процессами, потребляющими около 20% всей вырабатываемой в стране электроэнергии.

Повышенные энергозатраты при дроблении горных пород конусными дробилками обусловливаются, с одной стороны, большим сопротивлением пород разрушающим сжимающим нагрузкам и, с другой стороны, резким возрастанием усилий дробления в режиме прессования горной массы, что характерно для дробилок мелкого и тонкого дробления при сравнительно больших (по отношению к размерам кусков) деформациях.

По ряду причин объективного и субъективного порядка проблема энергосбережения при дроблении горных пород приобретает все большую значимость.

Во-первых, в настоящее время в горнодобывающей промышленности наблюдается устойчивая негативная тенденция — увеличение объемов переработки скальных труднодробимых руд с низким содержанием ценных компонентов.

Известно, что переработка крепких горных пород приводит к росту нагруженности дробильного оборудования и энергозатрат на дробление.

Во-вторых, современная практика рудоподготовки характеризуется использованием высокопроизводительного дробильного оборудования большой единичной мощности, интенсификацией процессов дробления за счет роста энерговооруженности оборудования и переходом на форсированные режимы работы (с большей относительной деформацией материала, дробление способом «кусок о кусок»).

Кроме того, затраты на рудоподготовку в целом существенно возрастают ввиду перманентного увеличения стоимости энергоносителей.

Поэтому повышение рентабельности процессов дезинтеграции связано, прежде всего, со сведением к минимуму затрат материальных и, главным образом, энергетических ресурсов.

Таким образом, требования повышения эффективности технологических процессов и создания конкурентоспособных эффективных производств определяют необходимость разработки дробильно-размольного оборудования нового поколения, обеспечивающего резкое (в 2.3 раза и более) снижение затрат на рудоподготовку.

Целью работы является повышение эффективности функционирования конусных дробилок на основе установления рационального уровня взаимосвязей между характеристиками питания и параметрами оборудования.

Идея работы состоит в том, что при прочих равных условиях за счет управления рабочим процессом обеспечивается режим работы, при котором энергоемкость дробления достигает наименьшего значения.

Научные положения, выносимые на защиту.

При дроблении кусков горных пород в конусных дробилках режим работы оборудования и энергозатраты на дробление зависят от случайных операций подачи, распределения по камере дробления и уплотнения перерабатываемого материала, что затрудняет управление рабочим процессом и приводит к снижению эффективности использования оборудования.

Согласование конструктивных и режимных параметров конусных дробилок с учетом грансостава и характера подачи питания на основе принципов универсальности и гибкости обеспечивает стабилизацию технологических показателей оборудования.

Выбор параметров камеры дробления на основе комплексной характеристики свойства дробимости горных пород (гранулометрической и энергетической) позволяет реализовать рациональную степень разрушающего воздействия на материал с наименьшими энергозатратами при заданном качестве продукта.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается: адекватностью имитационной модели дробилки и рабочего процесса, проверенной результатами экспериментальных и опытно-промышленных исследованийсходимостью результатов расчета с данными эксплуатации (расхождение не превышает 7%).

Научная новизна заключается: в выявлении основных факторов, определяющих режим работы конусной дробилки и уровень энергозатрат на дробление, а также изучении ранее неизвестного фактора — «удар трением», заключающегося в суммарном действии усилий дробления и трения и обусловленного сложным характером движения подвижного конусав разработке комплексной имитационной модели конусной дробилки, обеспечивающей проведение многовариантных расчетов параметров дробилкив обосновании рациональных значений конструктивных и режимных параметров дробилки, обеспечивающих снижение энергоемкостей дробления.

Научное значение работы определяется установлением закономерностей формирования основных технических и технологических показателей конусных дробилокразработкой метода проектирования камеры дробления с учетом гранулометрической и энергетической характеристик свойства дро-бимости горной породы.

Практическая ценность и реализация результатов работы заключается: в разработке инженерной методики выбора рациональных конструктивных и режимных параметров энергосберегающих конструкций конусных дробилокв разработке рекомендаций и комплекса мероприятий по совершенствованию конструкций дробилок, повышению технического уровня эксплуатации конусных дробилок и адаптации оборудования к изменяющимся условиям эксплуатации, прежде всего к изменению грансостава питания.

Результаты исследований внедрены на ОАО «НИИпроектасбест» с экономическим эффектом 650 тыс. руб. и реализованы в проекте камеры дробления дробилки КМД-2200Т.

Разработаны на уровне изобретений технические предложения по конусным дробилкам (а. с. №№ 613 803, 651 839, 671 837, 845 836, 884 713, 925 382, 963 547, 1 121 034, 1 121 035, 1 584 993, 1 592 032, 1 592 034, 1 719 055).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и отдельные ее разделы с 1985 г по 2004 г докладывались и обсуждались на научно-технических советах отделения главного конструктора горнорудного и доменного машиностроения НИИтяжмаша ПО Уралмаш, ПО Апатит (1987), Костомукшского ГОКа (1985;89), ГОКа Эрдэнэт (Монголия, 1985), на научно-технических и практических конференциях различного уровня.

Публикации.

Основные научные результаты опубликованы в 22 печатных работах, в том числе в 13 авторских свидетельствах на изобретения.

Вклад автора в публикации, выполненные в соавторстве, состоял в формировании основной идеи /118. 120/, выборе метода исследований /121, 123/, анализе полученных результатов и подготовке на их основе рекомендаций /124/.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 141 наименований и 3 приложенийсодержит 175 страниц машинописного текста, 31 рисунок, 24 таблицы.

1. Установлено, что применение конусных гирационных дробилок мелкого дробления связано с большими энергозатратами на дробление ввиду стохастического характера рабочего процесса и сложностью согласования физико-механических свойств дробимого материала и характеристик пита ния с параметрами оборудования.2. Показано, что повышение эффективности функционирования обо рудования обеспечивается за счет обоснования конструктивных и режимных параметров оборудования с зд1етом гранулометрической и энергетической характеристик свойства дробимости перерабатываемого материала.3. В результате экспериментальных исследований по разрушению сжатием одноразмерных кусков горных пород при различной относительной деформации установлены зависимости энергозатрат от характерного размера кусков (толщины) и относительной деформации.4. Выявлены взаимосвязи конструктивных и режимных параметров дробилки типа КМД с характеристиками питания на основе анализа имита ционной модели рабочего процесса и определены основные параметры, обу словливаюпще технологические показатели рабочего процесса: параметры камеры дробления (крутизна камеры дробления, высота камеры и др.) — >^ угол нутациичастота качании конуса.5. Разработана методика выбора рациональных конструктивных и ре жимных параметров дробилки, обеспечивающих снижение энергозатрат на дробление при заданных производительности дробилки и степени дробления перерабатываемого материала.6. Определены области рациональных значений параметров дробилки для конкретных условий эксплуатации (труднодробимые породы, мелкое пи тание и др.).7. Сформулированы технические требования к энергосберегающим конструкциям конусных дробилок мелкого дробления.8. Экономическая эффективность при применении энергосберегаю щей конструкции конусной дробилки мелкого дробления составит 650 тыс. руб. в год.