Применение информационных технологий в тонком измельчении лля снижения акустической энергоемкости

УДК 622.73

© П.И. Пилов, Л.Ж. Горобец, Н.С. Прядко, К.А. Левченко, Т.Ю. Машкова, 2015

П.И. Пилов, Л.Ж. Горобец, Н.С. Прядко, К.А. Левченко, Т.Ю. Машкова

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ТОНКОМ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГОЕМКОСТИ

Приведены результаты применения акустического мониторинга для оценки энергоемкости тонкого измельчения. Использованы информационные технологии для выявления оптимальных режимов работы струйной мельницы в лабораторных и промышленных условиях

Ключевые слова: тонкое измельчение, акустический мониторинг, энергоемкость, критерии, диспергирование.

Задача снижения удельных энергозатрат при тонком измельчении является актуальной и решается на основе определения связи технолого-акустических критериев замкнутого цикла измельчения с характеристиками информационных технологий процессов разрушения, измельчения и классификации.

В условиях работы струйных измельчительных установок лабораторного и промышленного типа применение акустического мониторинга позволило выявить эмиссионные эффекты образования новой поверхности измельчаемых материалов. Установлено, что величина образованной удельной поверхности измельченного продукта прямо пропорциональна количеству малоамплитудных (порядка десятка милливольт) акустических сигналов (АС) и обратно пропорциональна максимальным значениям амплитуд (порядка сотен милливольт) сигналов, возникающих при разрушении частиц [1].

Цель работы - определение акусто-технологических критериев контроля энергоемкости тонкого измельчения материалов.

Основная часть. Предлагаемый критерий оптимальности Копт (В/с) струйного процесса измельчения характеризует акустический эффект трансформации кинетической энергии измельчаемых частиц в акустическую энергию при их соударени-

ях. Величина Кот является характеристикой условной энергонапряженности разрушения, которая рассчитывается как произведение максимальной амплитуды Амах сигналов на суммарную

акустическую активность зоны помола: Копг = Амах • . Эффективность измельчения оценивается критерием Кэфф (г/имп) определяемым как отношение производительности мельницы к акустической активности : Кэфф = С/ , (С, г/с,

, имп/с). Эффективность диспергирования К5 (см2/имп) оценивается произведением критерия эффективности измельчения на величину удельной поверхности 5уд (см2/г) продукта:

К5 = С • 5 / = К фф • 5 .

' 5 уд ' Е эфф уд

Способ непрерывного контроля эффективности процесса тонкого измельчения защищенный двумя патентами Украины на изобретения [2], основан на связях технологических и акустических параметров процесса струйного измельчения. Установлено, что акустические сигналы в оптимальных и неоптимальных режимах загрузки струй могут отличаться по амплитуде на порядок. Управление процессом тонкого измельчения направлено на достижение оптимальной загрузки струй материалом, и предлагается реализовать на основе мониторинга амплитуды и активности акустических сигналов зоны помола. Согласно предложенному способу предварительно в зоне измельчения устанавливают систему измерения акустических сигналов и задают величину их контрольной амплитуды. В ходе акустического мониторинга измеряют текущие значения амплитуды сигналов в процессе измельчения и сравнивают полученные значения с первичными заданными данными. При отклонении амплитуды от контрольных значений изменяют величину загрузки струй твердой фазой для соблюдения заданной величины амплитуды.

Исследования показали, что амплитудно-частотные характеристики акустических сигналов зоны измельчения на базе информационных технологий определяют степень оптимальности режимов измельчения. В частности, графическая идентификация режимов измельчения, основанная на зависимости величины амплитуды сигналов от степени загрузки струй материалом, включает вычисление энергии сигналов, их вейвлет-анализ и определение функции Гаусса распределения амплитуд. Последний способ, описанный патентом Украины [3], реализует оптимизацию

процесса загрузки струйной мельницы с целью повышения ее производительности и снижения удельных энергозатрат.

Для этого исследованы сигналы двух характерных зон из-мельчительной установки: измельчения и классификации. Исследования АС в обеих зонах одновременно на различных стадиях измельчения подтвердили зависимость акустических параметров от степени загрузки струй материалом в условиях лабораторного и промышленного измельчения. Введен акустический критерий - функция плотности вероятности распределения амплитуды сигналов Р = Ам (Ак), где Ам и Ак - амплитуды сигналов в зоне измельчения и за классификатором мельницы соответственно. Из рис. 1 видно, что изменения формы функции Р = Ам (Ак) могут составить основу непрерывного

контроля загрузки струй материалом, а следовательно, и акустической энергоемкости процесса.

Установлены следующие показатели акустической энергоемкости, связанные с технолого-акустическими критериями оптимальности процесса измельчения:

— акустический показатель Э™ (имп/г) энергоемкости измельчения - величина, обратная критерию эффективности

измельчения Э™ = 1/ Кфф =

в'

— акустический показатель Э^сп (имп/см ) энергоемкости диспергирования - величина, обратная критерию эффектив-

ности диспергирования Э^сп = 1/ К =

в • 5

Рис. 1. Проекции функции Р = Ам(Ак) для режимов загруженных: а

загрузка струй, б - рабочий режим измельчения) и незагруженных струй, в  материалом при измельчении шлака

При сравнительной оценке эффективности работы струйных мельниц различных типоразмеров целесообразно использовать удельный коэффициент Кэуфд ф эффективности измельчения, как отношение коэффициента эффективности Кэфф к площади 5тр выходного сечения разгонной трубки: КЭфф = Кэфф / 5тр. Согласно опытным данным величина КуДф , (г/имп-см2) для промышленной мельницы составляет Куфф =1,93-10-5, для лабораторной - Куфф =0,640-5 (при измельчении до 63 мкм и 5уд = 0,16-0,21 м2/г). Для более тонкого помола (45 мкм и 5уд = 0,26-0,55 м2/г), эти коэффициенты соответственно равны: для промышленной мельницы -Куфф = 1,27-10-5 и лабораторной - Куфф = 0,25-10-5. Таким

образом, удельный коэффициент эффективности измельчения для промышленной мельницы в 3 - 5 раз выше по сравнению с лабораторной мельницей, что можно объяснить применением энергоносителя более высокого давления: Р = 0,52 МПа для промышленной и Р = 0,3 МПа для лабораторной мельницы.

Зависимости акустических параметров от производительности мельницы составляют основу прогнозирования энергоемкости измельчения ЭДм и диспергирования ЭДСП . На рис. 2 даны примеры зависимостей энергетических показателей ЭДм и ЭДСП струйного измельчения кварцевого песка в

режиме давления энергоносителя Р = 0,3 МПа, частоты вращения ротора классификатора п =3000мин-1. При получении готового продукта с удельной поверхностью в диапазоне 5уд = 0,48 - 0,75 см2 /г определены уравнения связи удельных энергозатрат и производительности лабораторной струйной мельницы (производительностью до 20 кг/ч) в виде уравнений: ЭДИСП =5,4 - 1,77С и ЭДм = 4,5 - 2,27 С. Увеличение производительности от 0,7 до 1,3 г/с сопровождается уменьшением энергоемкости измельчения и диспергирования кварцевого песка на основе предложенных акустических показателей соответственно в 2 и 1,5 раза.

Таким образом, информационные технологии с применением акустического мониторинга процесса измельчения создают предпосылки снижения акустической энергоемкости из-

мельчения и диспергирования до 75 %, а энергопотребления промышленной струйной установки — на 50 % (см. табл. 1).

Обработка технологических и акустических данных промышленных экспериментов по струйному измельчению позволила установить значения критериев в оптимальных режимах работы мельницы и при значительном отклонении от оптимума при условии соблюдения требуемой дисперсности готового продукта: циркон - 63 мкм, п = 80 - 107 мин-1, Буд = 1500 -1900 см2/г. В табл. 1 сведены эти технические результаты.

0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 Рис. 2. Изменение акустических показателей энергоемкости измельчения и диспергирования кварцевого песка в зависимости от производительности струйной мельницы

Таблица 1

Технологические, акустические и энергетические показатели струйного промышленного измельчения циркона

в, кг/ч с УДг см2/г г^ПЗМ имп/г г^дисп имп/см2 р кВт-ч/т р кВт-ч/ м2

Оптимальный режим

1406 1809 409,6728 0,226464 202,7027 0,00112

1138 1861 556,7663 0,299176 250,4394 0,00135

902,4 1911 678,1915 0,354888 315,8245 0,00165

1020 1515 321,1765 0,211998 279,4118 0,0018

Неоптимальный режим

512 1542 1265,625 0,820768 556,6406 0,0036

854 1536 843,0913 0,548888 333,7237 0,0022

734,4 1547 882,3529 0,570364 388,0719 0,0025

Приводя к реальным энергозатратам для промышленной струйной мельницы с мощностью привода компрессора N = 285 кВт, в диапазоне изменения производительности в оптимальном и неоптимальном режимах работы (Сопт = 1,0 -1,4 т/ч, внеопт = 0,512 т/ч), получим расчетную среднюю величину экономии удельных энергозатрат АЕуд = 350 - 270 кВт-ч/т, т.е. порядка 50 - 63 % снижения удельной энергоемкости. Это составит при действующих в Украине ценах экономический эффект порядка 120 — 160 грн/т.

Выводы

Исследования показали перспективность применения акустического мониторинга в условиях Вольногорского горнометаллургического предприятия для задачи снижения энергоемкости процесса тонкого измельчения. Система оптимизации работы струйной мельницы должна быть основана на непрерывном мониторинге акустических параметров: N., Амах, на

основе которых вычисляются текущие значения акустических критериев оптимальности Копт, эффективности К^ и энергоемкости диспергирования Э^сп и измельчения Э™.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горобец Л.Ж. Акустический метод исследования процесса измельчения / Л.Ж. Горобец, В.Н. Бовенко, Н.С. Прядко // Обогащение руд. -2013. — № 3. — С-Петербург. — С. 18-24.

2. Патент № 98405 Споаб регулювання газоструминного подрiбнення / Пилов П.И., Горобец Л.Ж., Коваленко М.Д., Стрельников Г.А., Прядко Н.С. / опубл. 10.05.2012, Бюл. № 9, заявка № 201100939, опубл. 28.01.2011.

3. Патент на корисну модель № 73291 Споаб мотторингу струминно-го подрiбнення /Прядко Н.С., Булана Т.М. // опубл. 25.09.2012, Бюл. № 18, заявка № и 2011 14725, опубл. 12.12.2011. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Пилов П.И. - доктор технических наук, профессор, первый проректор, заведующий кафедрой, pilovp@nmu.org.ua, Горобец Л.Ж. - доктор технических наук, профессор,

Левченко К.А. - кандидат технических наук, доцент,

levchenko-nmu@yandex.ru,

Машкова Т.Ю. - ассистент, nmu-t@yandex.ua,

Национальный горный университет,

Прядко Н.С. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт технической механики НАН Украины и ГКА Украины, np-2006@ukr.net.

UDC 622.73

APPLICATION OF INFORMATION TECHNOLOGIES IN FINE GRINDING FOR DECREASE ACOUSTIC POWER CONSUMPTION

Pilov P.I., professor, first vice rector, Mineral Processing Department of National mountain university, Ukraine,

Gorobets L.Z., professor of Mineral Processing Department of National Mining University, Ukraine,

Levchenko K.A., senior lecturer of Mineral Processing Department of National Mining University, Ukraine,

Pryadko N.S., senior scientific researcher of Institute of Technical Mechanics NAS of Ukraine, Ukraine,

Mashkova T.J., assistant of Mineral Processing Department of National Mining University, Ukraine.

The results of acoustic monitoring application for an power consumption estimation of fine grinding are resulted in paper. Information technologies for revealing optimum operating jet mill modes in laboratory and industrial conditions are used

Key words: fine grinding, acoustic monitoring, power consumption, criteria, dispersion.

REFERENCES

1. Gorobec L.Zh. Akusticheskij metod issledovanija processa izmel'chenija (Acoustic research method of grinding process) / L.Zh. Gorobec, V.N. Bovenko, N.S. Prjadko // Obogashhenie rud. 2013. No 3. S-Peterburg. pp. 18-24.

2. Patent № 98405 Sposib reguljuvannja gazostruminnogo podribnennja / Pilov P.I., Gorobec L.Zh., Kovalenko M.D., Strel'nikov G.A., Prjadko N.S. / opubl. 10.05.2012, Bjul. № 9, zajavka № 201100939, opubl. 28.01.2011.

3. Patent na korisnu model' № 73291 Sposib monitoringu struminnogo podribnennja /Prjadko N.S., Bulana T.M. // opubl. 25.09.2012, Bjul. № 18, zajavka № u 2011 14725, opubl. 12.12.2011.