Исследование параметров работы мельниц рудного самоизмельчения

Полученные результаты свидетельствуют о необходимости дополнительного оперативного контроля и увеличения перечня определяемых параметров воды с целью оптимизации водно-химического режима ТЭЦ.

В итоге проведенной инвентаризации источников загрязнения воды от основных промузлов НИ ТЭЦ и физико-химических исследований сливов оценен вклад каждого из цехов в уровень загрязнения промстоков, поступающих в чашу гидрозолошлакоот-вала ТЭЦ. Наибольшим загрязнением воды с точки зрения экологической опасности характеризуются котельный, химический и топливно-транспортный цеха. Очистка стоков от этих цехов не проводится. Это обу-

словливает необходимость разработки способов очистки промсливов или, в случае котельного цеха, переход консервации и пассивации котлов на более экологичный способ, например пароводокислородный.

Выявлены потенциальные резервы для ресурсосбережения и очистки воды с целью ее возврата для технологических нужд ТЭЦ, а также для получения дополнительного вторичного энергетического сырья (угля) из водоугольного шлама в топливно-транспортном цехе.

Работа выполнена при поддержке ОАО «Иркутскэнерго.» в рамках договора б/н от 1 октября 2011 года.

Библиографический список

1. ТЭК и экономика России: вчера - сегодня - завтра (19902010-2030) / под ред. Ю.К. Шафраника. М.: ИЦ "Энергия", 2011. 488 с.

2. Трутнев Ю.П. Доклад на Правительственном часе от 03.12.2008 г. Москва.

3. Кусковский В.С., Лымарев В.Д., Еськов Б.Г. Влияние золо-отвала крупной ТЭЦ на экологию природных вод прилегающей территории // Инженерная экология. 2003. № 4. С. 41 -56.

4. Манькина Н.Н. Физико-химические процессы в пароводяном цикле электростанций. М.: Энергоатомиздат, 2008. 432 с.

5. Sarapulova G.I., Logunova N.I. Hydrogeochemical researches in zone technogenesis // Materials of the international research and practice conference. Wiesbaden, Germany, 2012. P. 281286.

6. Брюхань А.Ф., Брюхань Ф.Ф., Потапов А.Д. Инженерно-экологические изыскания для строительства ТЭЦ. М.: МГСУ, 2010. 192 c.

7. Современные методы обработки воды. Разработчик ЗАО НПО «Воды Урала» // Строительство. ЖХК. 2008. № 4.(34). С. 21.

8. Водоподготовка и водно-химические режимы в теплоэнергетике: учеб. пособие / Э.П. Гужулев, В.В. Шалай, В.И. Гри-

ценко, М.А. Таран. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. 384 с.

9. Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. М.: Изд-во МЭИ, 2003. 310 с.

10. ГОСТ 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб».

11. ПНД Ф 12.15.1 -08 «Методические указания по отбору проб для анализа сточных вод».

12. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ № 229: утв. приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г.

13. Логунова Н.И. Водно-химический режим тепловой электростанции // Естественные и технические науки. 2012. № 4 (60). С. 369-370.

14. Сарапулова Г.И., Логунова Н.И. Инновационный подход к решению экологических проблем в зоне влияния ТЭС //Сборник трудов III научной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники». Уфа: УГНТУ, 2011. С. 28-29.

15. Инструкция по консервации котлоагрегатов НовоИркутской ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго». 2011.

16. РД 153-34.0-37.411-2001 Методические указания по эксплуатационной пароводокислородной очистке и пассивации внутренних поверхностей энергооборудования.

УДК 622.734:622.76

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ МЕЛЬНИЦ РУДНОГО САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

© А.А. Шишкин1

ОАО «Иргиредмет»,

664033, Россия, г. Иркутск, б. Гагарина, 38.

Развито математическое описание механизма движения элементов загрузки мельницы рудного самоизмельчения в зависимости от частоты вращения, заполнения барабана рудой, коэффициента трения, диаметра слоёв рудной загрузки, гранулометрического состава исходной руды и конструктивных особенностей оборудования. Выполнены экспериментальные исследования механики движения рудных измельчающих тел. Изучены параметры работы мельниц рудного самоизмельчения. Скорость разрушения горных пород, как и скорость транспортирования разрушенной горной массы, зависит от конструктивных параметров, механического и технологического режимов работы мельницы. Конструктивные особенности оборудования и параметры механического режима работы определяют кинематику процесса самоизмельчения руд. Выделяют режимы работы загрузки: каскадный, смешанный (каскадно-водопадный) и водопадный. Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: мельницы рудного самоизмельчения; режимы движения; элементы рудной загрузки; коэффициент трения; частота вращения.

1Шишкин Анатолий Анатольевич, старший менеджер коммерческого центра, тел.: 89149456210, e-mail: shishkyn@yandex.ru Shishkin Anatoly, Senior Manager of Commercial Center, tel.: 89149456210, e-mail: shishkyn@yandex.ru

STUDIES OF ORE AUTOGENOUS MILLS OPERATION PARAMETERS A.A. Shishkin

JSC "Irgiredmet",

38 Gagarin Blvd., Irkutsk, Russia, 664033.

The paper develops a mathematical description of the motion mechanism of ore autogenous mill feed elements depending on rotation frequency, drum filling with ore, friction coefficient, diameter of ore charge layers, grain-size of initial ore and design features of equipment. Experimental studies of the mechanics of ore grinding bodies are performed. The operation parameters of ore autogenous mills are examined. The break velocity of rocks, as well as transportation speed of destructed rocks depends on the design parameters, mechanical and process operating modes of the mill. The kinematics of ore self-grinding is determined by the design features of the equipment and the parameters of mechanical operational mode. The following feeding modes are distinguished: cascade, mixed (cascade-waterfall) and waterfall ones. 3 figures. 1 table. 6 sources.

Key words: ore autogenous mills; motion modes; ore feed elements; friction coefficient; rotation frequency.

Скорость разрушения горных пород, как и скорость транспортирования разрушенной горной массы, зависит от конструктивных параметров, механического и технологического режимов работы мельницы. Конструктивные особенности оборудования и параметры механического режима работы определяют кинематику процесса самоизмельчения руд. Механический режим работы мельниц рудного самоизмельчения характеризуется относительной частотой вращения у и величиной коэффициента заполнения р барабана мельницы рудой. В зависимости от действительной частоты вращения п (об/мин) и величины коэффициента заполнения р барабана мельницы рудой выделяют режимы работы загрузки: каскадный, смешанный (каскадно-водопадный) и водопадный. При любом режиме работы измельчающая среда загрузки на определенном участке пути движется по круговым траекториям под действием сил трения, возникающих между футеровкой мельницы и прилегающими к ней рудными обломками и зернами, а также между самими рудными кусками и обломками. Величина сил трения зависит от нормального давления загрузки на внутреннюю поверхность барабана и от коэффициента трения [1, 2, 4-6]. При движении по круговым траекториям рудные обломки поднимаются на определенную высоту и либо скатываются на прежние круговые траектории при каскадном режиме, либо летят, как тело, брошенное под углом к горизонту, по параболическим траекториям при водопадном режиме работы рудной загрузки. Точка отрыва рудных обломков от круговых траекторий характеризуется углом отрыва, измеряемым от вертикальной оси до радиуса, проходящего через точку отрыва.

Рассмотрим движение тела сферической формы по круговой траектории, вызванное вращением барабана мельницы (рис. 1). При в - вес тела, кг; а-угловая скорость вращения барабана, рад.; О = 2Я. - внутренний диаметр барабана мельницы, м на тело действуют центробежная сила

'О ^

C = mc R =

с2 R

g

и составляющая силы тяжести Р = С.Бта^ направленные в разные стороны. Чтобы тело осталось в равновесии на стенке вращающегося барабана, необходимо выполнение условия С > Р, или

а2Я > О.Бта.

Я )

При а1 = 90о (положение тела в точке тн) ю2Р>д, где ю=2яп/60, имеем (2яп/60) Р>д, откуда

n =

602

g

602

9,81

—10,5

4 х 3,142

D

42,3

= nr

При этом тело находится в режиме центрифугирования и не совершает полезной работы как измельчающее тело. Параметр nk назван критической частотой вращения. В реальных условиях рудные обломки движутся по круговым траекториям не изолированно, а в совокупности со всеми рудными телами за счет силы трения всей загрузки. Условия перехода единичного тела с круговой траектории нельзя переносить на рудный обломок, движущийся в загрузке, так как при массовом движении рудных обломков наблюдается их взаимодействие.

Относительная частота вращения барабана мельницы есть отношение действительной n (об/мин) к условно критической частоте вращения nk (об/мин) барабана мельницы y=n/nk. Согласно работам [3, 4, 6] и нашим наблюдениям, при вращении барабана мельницы часть рудных обломков оказывается поднятой выше горизонтальной оси мельницы за счёт увеличенного значения коэффициента трения и давления (подпора) ниже лежащих и движущихся тел. Коэффициент трения зависит от свойств руды, характера поверхности футеровки и в определенной степени от водного режима измельчения. В точках отрыва рудных обломков от своих круговых траекторий наблюдается равенство центробежной силы и проекции силы тяжести на направление центробежной силы:

V 2G G cos а =-'-,

i ' gR

где Rj = 0,5Dj - радиус круговой траектории движения рассматриваемого рудного обломка i-го слоя загрузки, м; д = 9,81 м/с - ускорение силы тяжести; а - угол

0,5

Рис. 1. Схема к расчёту величины критической частоты вращения барабана мельницы

отрыва рассматриваемого рудного обломка ¡-го слоя загрузки, град; в, — вес рудного обломка, Н; V, — окружная скорость движения рудного обломка ¡-го слоя загрузки, м/с. Откуда VI =дР соб^. При подстановке значения скорости

30 '

где п, — частота вращения обломков ¡-го слоя совместно с рудной загрузкой, получаем:

о'пПЙ ______, Й

cosa = -

900gR

= 1,00бп;

900

В случае отсутствия скольжения, то есть при значении коэффициента трения f = 1, между измельчающими телами и футеровкой барабана (например при ребристой футеровке) Р = Р и г = п при условно критической частоте вращения барабана мельницы пк и коэффициенте заполнения ф = 0,5 [3, 4, 6] наружный слой загрузки переходит с параболической траектории движения на круговую траекторию движения под действием центробежной силы. При этом угол отрыва кусков руды от футеровки становится равным ^ = 0. Этот слой загрузки начинает работать в режиме центрифугирования и соб^ = 1.

Тогда

1 = 1,006 п2 К

900

и при

или

n

n = — = n

30

42,2981

1,003>/R 4D

_ 30 _ 42,3

где Я и О — соответственно радиус и диаметр рабочего пространства мельницы, м. Здесь не учтено возможное скольжение рудной загрузки по материалу футеровки, поэтому величина пк считается условно критической частотой вращения барабана мельницы. Относительная частота вращения барабана мельницы

у есть безразмерный коэффициент

nVD

у=-

42,3

В полном соответствии с [4,5] 900g cos a

= 0,02364nVD.

n2 =-

n = 0,997

30 )l-

— IV cosa

. R )

ж2 R ( _30

VR

I, n=nk4<

icosa

где a - угол отрыва рудного обломка внешнего слоя загрузки от круговой траектории, град. Тогда величина относительной частоты вращения барабана мельницы равна:

n i-

щ =— = Vcosa .

nk

Коэффициент заполнения ф есть отношение объёма рудной загрузки Wp при неподвижном барабане к объёму рабочего пространства W^, мельницы. При равномерном распределении рудной загрузки по длине барабана L - это отношение площадей сечения рудной загрузки Sp и рабочего пространства Бм мельницы, так как Wp=Sp.L и Wi^Sm.L (рис. 2).

4Sd

ф = -

Рис. 2. Схема к расчёту величины коэффициента заполнения барабана

Зависимость величины коэффициента заполнения < барабана мельницы _от величины центрального угла $ загрузки_

Ф, доли ед. ß1, град. ß1, рад. 90о - ß1/2, град.

0 0о 0 90о

0,100 93°13' 1,626937 43°23'

0,167 112°54' 1,970476 33°33'

0,200 142°43' 2,113303 29°27'

0,300 142°43' 2,490875 18°38'

0,352 153°26' 2,677916 13°17'

0,400 161 о51' 2,824815 9°05'

0,441 169°21' 2,955715 5°20'

0,500 180°00' 3,141593 0°00'

а) б) в)

Рис. 3. Схемы основных скоростных режимов работы рудной загрузки мельниц рудного самоизмельчения:

а) каскадный; б) каскадно-водопадный; в) водопадный

Площадь сегмента загрузки Sp равна площади сектора ОВСА минус площадь треугольника ОВА. Если h1 - высота треугольника ОВА, h1 = Raos^/2); h -высота сегмента загрузки; b - основание треугольника ОВА и хорда сегмента АВС, b = 2Rsin(ß1/2); ß1 - центральный угол рудной загрузки (угол сектора ОВСА) и 2sin(ß1/2), cos(ß1/2) = sinß1, площадь треугольника ОВА Sy = bh1/2 и площадь сегмента АВС Sp=Sck-ST=0,5R (ß1-sinß1).

Тогда имеем

Ф = S^ = (1/2^)(ß1-sinß1) = 0,159155(ß1-sinß1), что и отражено в таблице. При изменении величины коэффициента заполнения ф барабана рудой будет изменяться число слоёв загрузки мельницы, хотя бы по сравнению с заполнением при ф = 0,5.

Для определения количества слоёв загрузки определим изменение высоты h1 треугольника АОВ в зависимости от величины

Ф h1 = Raos^/2) = = 0,5й^ф-,/2)

и перейдём к относительным величинам h1* = h1/D = 0,5oos(ß1/2). При этом высота сегмента рудной загрузки h: h = 0,5D-h1 или h* = h/D = 0,5-h1*.

Для барабанных мельниц возможен любой из следующих скоростных режимов работы: каскадный, переходной (смешанный) каскадно-водопадный, водопадный, второй переходной (смешанный) водопадно-центрифужный и режим махового колеса (центрифужный). Основными режимами работы барабанных мельниц являются первые три (рис. 3). При каскадном режиме вся загрузка мельницы под действием враще-

ния её барабана поворачивается в сторону вращения на некоторый угол по круговым траекториям, затем скатывается или сползает параллельными слоями (каскадом) на прежние круговые траектории. Дезинтеграция (диспергация) руды происходит под действием сил трения и давления. При водопадном режиме загрузка поднимается по круговым траекториям на несколько большую высоту, куски и зерна отрываются от круговых траекторий и двигаются по параболическим траекториям, нанося удары по руде, находящейся на круговых траекториях. Дробление и измельчение руды осуществляются ударом измельчающей среды и истиранием.

Развито математическое описание механизма движения элементов загрузки мельницы рудного самоизмельчения в зависимости от частоты вращения, заполнения барабана рудой, коэффициента трения, диаметра слоёв рудной загрузки, гранулометрического состава исходной руды и конструктивных особенностей оборудования. Выполнены экспериментальные исследования механики движения рудных измельчающих тел. Изучены параметры работы мельниц рудного самоизмельчения. Скорость разрушения горных пород, как и скорость транспортирования разрушенной горной массы, зависит от конструктивных параметров, механического и технологического режимов работы мельницы. Конструктивные особенности оборудования и параметры механического режима работы определяют кинематику процесса самоизмельчения руд. Выделяют режимы работы загрузки: каскадный, смешанный (каскадно-водопадный) и водопадный.

1. Джонстон Т., Паркер Е. Разрушение неметаллических кристаллов. Разрушение твёрдых тел. М.: Металлургия, 1967.

2. Кармазин В.И., Денисенко А.И., Серго Е.Е. Бесшаровое измельчение руд. М.: Недра, 1968.

3. Крюков Д.К. Усовершенствование оборудования горнообогатительных предприятий. М.: Недра, 196б.

4. Олевский В.А. Размольное оборудование обогатительных

ский список

фабрик. М.: Госгортехиздат, 1963.

5. Певзнер М.Л., Ястребов К.Л. Полупромышленные испытания самоизмельчения редкометалльной руды в мельнице типа Каскад // Цветная металлургия. № 17. 1970.

6. Ястребов К.Л. Исследование механизма, кинетики и основных закономерностей мокрого рудного самоизмельчения в мельницах типа Каскад: дис. ... канд. техн. наук. Иркутск: ИПИ, 1971.