Дослідження процесу розмелювання целюлози на дискових млинах з використанням алмазовміщуючої гарнітури

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

Київський політехнічний інститут

Спеціальність 05.17.22 - Технологія та обладнання хімічної переробки деревини

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дослідження процесу розмелювання целюлози на дискових млинах з використанням алмазовміщуючої гарнітури

Мовчанюк Ольга Михайлівна

Київ 1999

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" та ВАТ "Український науково-дослідний інститут паперу"

Наукові керівники:

доктор технічних наук, професор Шутько Олександр Петрович

кандидат технічних наук, доцент Астратов Микола Сергійович, Національний технічний університет України "КПІ", кафедра технології целюлозно-паперових виробництв та промислової екології

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Гончаров Володимир Миколайович, Санкт-Петербурзький державний технологічний університет рослинних полімерів Міністерства загальної та професійної освіти Російської Федерації, кафедра "Машини автоматизованих систем", професор

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Омельченко Микола Митрофанович, Центр консервації і реставрації Національної бібліотеки України ім. В.І. Вернадського НАН України, зав. сектором технологій консервації книг і рукописів

Провідна організація: Московський державний університет лісу Міністерства загальної та професійної освіти Російської Федерації

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного технічного університету України "КПІ".

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, професор Круглицька В.Я.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми

Розмелювання займає особливо важливе значення в приготуванні целюлозної маси. Від нього у значній мірі залежать показники якості готової продукції. Разом з тим, розмелювання є одним з найбільш енергоємних процесів у ЦПП, що споживає до 50% (а інколи й більше) від усієї електроенергії, що витрачується на виробництво паперу. Питомі енерговитрати під час розмелювання також, як і якість приготування маси та собівартість продукції, залежать від правильності вибору режиму, конструкції, параметрів обладнання та схеми розмелювання.

Як робочі органи дискових млинів до цього часу традиційно використовувалася металева гарнітура, що характеризується інтенсивним зносом. У результаті цього знижується стабільність та рівень показників якості розмелюваної маси, а відповідно, і готової продукції. Інтенсивний знос гарнітури значно збільшує експлуатаційні витрати. Проблема підвищення зносостійкості гарнітури дискових млинів при розмелюванні надзвичайно важлива і є великим резервом підвищення якості та зниження собівартості картонно-паперової продукції.

Одним з основних напрямів підвищення ефективності розмелювання є підбір нових матеріалів для виготовлення ножів гарнітури. Перспективним є алмазовміщуючий композиційний матеріал (АКМ), що характеризується надто високою зносостійкістю. Дослідження процесу розмелювання целюлози на дискових млинах, оснащених гарнітурою з ножами з АКМ, могло б підвищити його ефективність, а відповідно, знизити собівартість та підвищити якість картонно-паперової продукції.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота пов'язана з тематичними планами науково-дослідних робіт ВАТ "Український науково-дослідний інститут паперу".

Мета роботи

Основна мета роботи полягала у дослідженні процесу розмелювання целюлози на дискових млинах з алмазовміщуючою гарнітурою для підвищення якості готової продукції, зниження енергоємності розмелювання, підвищення зносостійкості гарнітури та практичної реалізації результатів досліджень.

Для досягнення цієї мети були поставлені такі задачі:

обґрунтувати процеси розмелювання целюлози та зносу ножів алмазовміщуючої гарнітури;

провести експериментальні дослідження щодо визначення впливу ряду основних технологічних і конструктивних факторів на процес розмелювання;

дослідити характер і інтенсивність зносу алмазовміщуючої гарнітури;

вивчити можливість здешевлення гарнітури шляхом часткової заміни алмазного порошку іншим надтвердим додатком;

виконати роботи щодо практичної реалізації результатів досліджень та визначити перспективу розвитку питання.

Наукова новизна

Вперше для алмазовміщуючої гарнітури:

Розроблено теоретичне обґрунтування процесів, що відбуваються у міжножовому зазорі, на базі концепції механічної взаємодії ножів гарнітури з волокнами целюлози, яка враховує мікрогеометрію робочих поверхонь ножів. Розроблено класифікацію основних конструктивних факторів гарнітури, які впливають на якість та економічність розмелювання.

Розроблено стержньову модель алмазовміщуючої гарнітури і механізм абразивного зносу ножів у процесі її примусового припрацювання та експлуатації.

Виконано експериментальну перевірку зроблених теоретичних висновків і припущень. Проведено дослідження впливу ряду основних технологічних і конструктивних факторів на якість та економічність розмелювання хвойної та листяної целюлози, що заклали передумови для обґрунтованого вибору параметрів гарнітури і раціональних режимів процесу розмелювання. Отримано залежності інтенсивності, характеру та економічності розмелювання від зернистості, конструкції ножа гарнітури, концентрації маси і питомого навантаження на кромки ножів; встановлено зв'язок між інтенсивністю зносу гарнітури та її зернистістю; виявлено залежності величини міжножового зазору від ступеня помелу маси і питомого навантаження на кромки ножів; встановлено можливість заміни в АКМ до 25% порошку алмазу на карбід бору. Розроблено програму обробки даних щодо показників якості маси і паперу. Виконано математичний опис експериментальних кривих. Введено поняття "критичне навантаження", що дозволило дати обґрунтування характеру обробки розмелюваної маси.

Розроблено технологію розмелювання, основану на принципі східчастого зниження зернистості та навантаження.

Практична цінність

Розроблено нову технологію розмелювання целюлози з застосуванням алмазовміщуючої гарнітури, що дозволяє підвищити якість готової продукції при зниженні її собівартості.

Розроблено конструкцію алмазовміщуючої гарнітури з замінними ножами, що у порівнянні з традиційною металевою дозволяє в середньому на порядок збільшити строк служби, знизити до 20% енерговитрати, підвищити якість готової продукції, економити нержавіючу сталь.

Рекомендовано використання алмазних порошків певних марок і зернистостей для виготовлення гарнітури, що дозволяє у кожному конкретному випадку одержати необхідні показники якості маси при мінімально можливій вартості гарнітури.

Показано можливість здешевлення алмазовміщуючої гарнітури шляхом часткової заміни алмазного порошку порошком карбіду бору.

Реалізація роботи у промисловості

Основні результати роботи впроваджені у потоках розмелювання целюлози на ВАТ "Малинська паперова фабрика (ПФ)", ПФ Держзнаку Росії та Білорусі. Річний економічний ефект від впровадження результатів досліджень склав 3,6 тис. грн. на 1 комплект.

Апробація роботи та публікації

По матеріалах роботи зроблена доповідь на міжнародній конференції "Ресурсо-, энергосберегающие и экологически чистые технологии в производстве деталей из композиционных материалов", п. Славско, 1996 г.

За матеріалами дисертації опубліковано 4 роботи і 2 роботи депоновані у ГНТБ України.

Структура та обсяг роботи

Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків, переліку посилань (113 найменувань) та додатків. Дисертація представлена на 111 сторінках машинописного тексту, містить 16 таблиць, 55 рисунків.

Автор захищає.

нові уявлення про взаємодію ножів гарнітури з волокном целюлози, основані на врахуванні мікрогеометрії робочих поверхонь ножів; класифікацію основних конструктивних факторів алмазовміщуючої гарнітури, що впливають на якість та економічність розмелювання;

результати експериментальних досліджень щодо впливу ряду основних технологічних та конструктивних факторів, які визначають характер, інтенсивність та економічність розмелювання; а також лабораторних і промислових досліджень щодо зносостійкості алмазовміщуючої гарнітури;

рекомендації з вибору таких найважливіших конструктивних характеристик алмазовміщуючої гарнітури, як марка та зернистість алмазних порошків, і технологічних характеристик процесу розмелювання (концентрація маси, питоме навантаження на кромки ножів, конструкція ножа);

технологію розмелювання з використанням алмазовміщуючої гарнітури зі східчасто змінюваними значеннями зернистості і навантаження;

спосіб здешевлення алмазовміщуючої гарнітури шляхом часткової заміни алмазного порошку на порошок карбіду бору;

промислову конструкцію алмазовміщуючої гарнітури з замінними ножами та технологію її реставрації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і основні задачі досліджень.

У першому розділі проведено аналіз патентної та науково-технічної інформації, який показав, що на процес розмелювання впливає цілий комплекс факторів, які вивчалися багатьма дослідниками. Однак ці дослідження стосувалися традиційних видів гарнітури, що мають низький строк служби. Інтенсивний знос гарнітури негативно впливає на показники якості маси і тягне за собою чималі експлуатаційні витрати. Враховуючи це, значна частина досліджень була спрямована на вишукування шляхів підвищення зносостійкості гарнітури, основним з яких був вибір найбільш стійких матеріалів.

Створений в Інституті надтвердих матеріалів НАН України АКМ характеризується високою корозійно- та зносостійкістю, низьким коефіцієнтом тертя, високою теплопровідністю і тому представляє великий інтерес як матеріал для виготовлення ножів гарнітури. Проведення досліджень щодо вивчення особливостей процесу розмелювання целюлози з використанням алмазовміщуючої гарнітури дозволить розробити нові технології розмелювання, що підвищать економічність даного процесу та якість готової продукції.

В другому розділі приведено обґрунтування процесу розмелювання целюлози з використанням алмазовміщуючої гарнітури.

Розроблено уявлення про процеси, що відбуваються у міжножовому зазорі. При цьому показано характер та інтенсивність механічних дій на волокна. Для розгляду механізму таких дій умовно виділено три фази розмелювання. Проаналізовано процеси, що протікають у кожній фазі. Розглянуто силові фактори, які діють на волокна під час проходження ножів ротора над ножами статора. Показано, що основна робота при розмелюванні на алмазовміщуючій гарнітурі здійснюється на кромках та прилеглих до них торцевих поверхнях ножів. Відмінність від металевої гарнітури полягає у зниженні нормальної та збільшенні тангенціальної складової діючого на ніж зусилля, що пояснюється шорсткістю робочих поверхонь ножів. При збільшенні шорсткості поверхні (зернистості) гарнітури та зменшенні величини міжножового зазору значення тангенціальної складової зростає. Найбільш навантаженою частиною нерівностей є вершини зерен. Волокна, які знаходяться в міжножовому зазорі, перекочуються по зернах алмазу по ходу руху ножів і зазнають високочастотних знакоперемінних силових дій, при яких відбувається переважне фібрилювання. Необхідною умовою при цьому є відсутність прямого контакту вершин зерен суміжних поверхонь ножів.

Розроблено класифікацію основних конструктивних факторів розмелювання, що дозволить здійснити науковий і системний підхід до дослідження процесу розмелювання з використанням алмазовміщуючої гарнітури.

Розроблено обґрунтування процесу зносу алмазовміщуючої гарнітури. Знос складається з трьох процесів, що протікають послідовно: взаємодії поверхонь тертя, зміни поверхневих шарів у процесі тертя, руйнування поверхонь фрикційного контакту. Оскільки в абсолютній більшості випадків у волокнистій суспензії є певна кількість абразиву, то визначальну роль грає абразивний знос. Показано, що інтенсивність останнього залежить, головним чином, від розміру, міцності, абразивності, концентрації зерен вільного абразиву та величини міжножового зазору. У волокнистому прошарку вільний абразив може займати різні положення у залежності від розмірів його зерен, товщини волокнистого прошарку і зернистості АКМ. Якщо розмір зерен менше величини міжножового зазору, то вони будуть перекочуватися чи ковзати вздовж будь-якої з фрикційних поверхонь пари та більше діяти на волокна, ніж на поверхню ножів. Якщо зерна сумірні з зазором, вони можуть розщепитись під дією стискувальних зусиль та динамічних навантажень і у вигляді осколків діяти як дрібні зерна. Якщо ж вони не розщепились, то справляють значний вплив на поверхні зносу ножів. Коли зерна абразиву більше зазору, то вони, зважаючи на закругленості кромок й утворення клину при вході маси, також можуть потрапити в зазор, де обов'язково будуть розщеплені. При цьому робоча кромка наражається на значне проорювання зв'язки, що супроводжується високими спалахами температури. Можливо викришування деяких алмазних зерен, що мають дефекти, або ж повне їхнє вилучення, зважаючи на слабке защемлення із-за поступового вимивання зв'язки. Завдяки високій зносостійкості АКМ число викришених алмазних зерен буде незначним і на процес зносу вони помітного впливу не справлять. Велике значення тут будуть відігравати кількість та величина зерен супутнього абразиву.

Вивчено механізм процесу припрацювання алмазовміщуючої гарнітури. При цьому розглянуто стержньову модель гарнітури, що дає уявлення про стан її поверхонь після спікання та задачах припрацювання. Обґрунтовано, що основні положення механізму абразивного зносу при роботі гарнітури у виробничих умовах можуть застосовуватися для пояснення процесів, що відбуваються при її припрацюванні. Також докладно викладений механізм зносу гарнітури у випадку відсутності у масі абразивних включень.

Третій розділ присвячений опису обладнання для лабораторних досліджень, методик проведення експериментів та обробці їхніх результатів. Зроблено обґрунтування вибору конструкцій гарнітури (рис. 1).

У четвертому розділі описано результати проведених експериментів.

Досліджено вплив ряду основних факторів на процес розмелювання на прикладі наступних видів целюлози: сульфатної хвойної невибіленої марки Е-2, сульфатної листяної вибіленої марки ОБ-1 і сульфітної хвойної вибіленої марки АК-ІІІ.

Вивчено динаміку процесу розмелювання з використанням алмазовміщуючої гарнітури у порівнянні з металевою із стали Х12М. Виявлено, що зернистість гарнітури відчутно впливає на характер та економічність розмелювання. З підвищенням зернистості росте швидкість розмелювання. Виняток складає гарнітура зернистістю 400/315, що має більш низьку швидкість розмелювання, ніж гарнітура зернистістю 125/100, яка показала найбільшу швидкість розмелювання. Викладено причини отриманих закономірностей.

Встановлено, що найбільш фібрилівною є гарнітура зернистістю 20/14, а найбільш укорочувальною - 400/315 (рис. 2). З підвищенням зернистості підвищується укорочувальна дія на волокна. Виняток складає гарнітура зернистістю 7/5, що разом з металевою займає проміжне положення між крупнозернистими (400/315 і 125/100) та іншими видами гарнітури. Причому гарнітура зернистістю 7/5 у порівнянні з металевою є більш фібрилівною.

Обґрунтовано доцільність встановлення на кожному млині чи групі млинів технологічного потоку гарнітури різної зернистості. При розмелюванні до високих значень ступеня помелу маси рекомендовано: до 70ШР використовувати алмазовміщуючу гарнітуру зернистістю 60/40; з 70 до 90ШР - зернистістю 20/14; з 90 по 94ШР - зернистістю 7/5; з 94 по 98ШР - металеву. При такому підході розмелювання проходить при високій швидкості з мінімальним рубанням волокон. Для інтенсивного укорочування рекомендована гарнітура зернистістю 125/100 і вище з використанням високих питомих навантажень. Показано також, що зернистістю гарнітури можна відчутно знизити жиропроникність, наприклад, підпергаменту, виготовленого з сульфітної хвойної целюлози.

Вивчено залежності зміни фізико-механічних показників паперу. Показано, що з підвищенням зернистості фізико-механічні показники паперу зменшуються, а їхні максимальні значення досягаються при більш низьких значеннях ступеня помелу маси (рис. 3). Значення фізико-механічних показників для металевої гарнітури займають проміжне положення між такими для гарнітури зернистістю 60/40 та 125/100.

Зроблено аналіз фракційного складу маси по довжині волокон, який свідчить про те, що під час розмелювання на фібрилівній алмазовміщуючій гарнітурі в масі міститься значно менше дріб'язку, слизу та великих нерозроблених волокон. Більша однорідність фракційного складу маси пояснює підвищення фізико-механічних показників виготовленого з неї паперу.

Проведено дослідження щодо впливу концентрації маси на розмелювання. Показано, що з підвищенням концентрації маси підвищується фібрилівна дія на волокно, а відповідно, й фізико-механічні показники готової продукції. Це справедливо для алмазовміщуючої гарнітури всіх зернистостей.

Проведено дослідження впливу питомого навантаження на кромки ножів (у подальшому - питомого навантаження) на розмелювання. Виявлено, що даний технологічний фактор суттєво впливає на характер і швидкість розмелювання. Із підвищенням питомого навантаження посилюється рубальна дія на волокна. Для одержання необхідних показників якості маси й економічності розмелювання в конкретних умовах рекомендується експериментальним шляхом визначити раціональне питоме навантаження та підтримувати його в процесі розмелювання.

Вивчено вплив ступеня помелу маси, питомого навантаження на величину міжножового зазору при розмелюванні целюлози марки Е-2 (концентрація складала 20 г/дм³). Виявлено, що величина міжножового зазору _МЗ у значній мірі залежить від питомого навантаження, що використовується, та ступня помелу маси. Так при = 1,5 Дж/м і ступені помелу 16 ⁰ШР _МЗ = 170 мкм, при 70 ⁰ШР _МЗ складає всього 15 мкм. При 70 ⁰ШР, але при = 0,9 Дж/м _МЗ = 50 мкм.

Відзначено, що тангенціальні зусилля, що виникають під час розмелювання на алмазовміщуючій гарнітурі у місцях контакту ножів з волокном, при зниженні зернистості розподіляються на більшу кількість мікроножів. Це призводить до більш м'якого впливу на волокно. Розглянуто два можливих варіанти роботи алмазовміщуючої гарнітури: коли виконується і не виконується рівність:

_ВП = _ВР + _ВС + _МЗ, (1)

де _ВП - товщина волокнистого прошарку;

_ВР - висота виступів ротора;

_ВС - висота виступів статора;

_МЗ - величина міжножового зазору.

У першому випадку _МЗ0. Якщо _МЗ має таке значення, що безпосередній контакт поміж вершинами алмазних зерен буде відсутній, тобто зберігається суцільність волокнистого прошарку, то млин працює у фібрилівному режимі. У випадку мінімального зазору, при якому настає контакт вершин і порушується суцільність волокнистого прошарку, починається рубання волокна ("критичне навантаження"). Другий ("аварійний") варіант, коли _МЗ = 0, може мати місце при роботі на воді, відсутності маси, роботі при високих питомих навантаженнях, низькій концентрації маси і т. п. Представлено дані про _ВР і _ВС для зернистостей, що найбільш застосовуються (20/14, 60/40 і 125/100).

Для кожної зернистості, певного ступеня помелу маси та інших конкретних умов існує своя гарантована товщина волокнистого прошарку, при якій рубання волокна не настає. Навіть для гарнітури зернистістю 125/100 можна створити такі умови (наприклад, підібрати таке мінімальне питоме навантаження), при яких вона стане фібрилівною. Однак це економічно недоцільно. Відомо, що для зменшення укорочувальної дії гарнітури на волокно необхідно знизити питоме навантаження , а для цього необхідно зменшити корисне навантаження або збільшити секундну різальну довжину .Секундна різальна довжина алмазовміщуючої гарнітури дорівнює:

, (2)

де - секундна різальна довжина металевої гарнітури;

- секундна різальна довжина від мікроножів (шорсткість) алмазовміщуючої гарнітури;

в_н і в_к - ширина відповідно ножа і канавки;

- довжина ножів гарнітури;

- кут нахилу першого ножа у секторі до радіусу диску;

z - зернистість гарнітури;

к - концентрація алмазного порошку в АКМ;

t_a - тип алмазів, що використовуються, та їхня поверхнева обробка;

t_с - властивості зв'язки, що використовується в АКМ;

- умови експлуатації гарнітури.

З формули (2) слідує, що завжди більше . Це означає, що в умовах формування більш товстого волокнистого прошарку, без підвищення можна збільшити , не знижуючи при цьому фібрилівну дію на волокна, і таким чином підвищити енергетичний ККД млина :

(3)

де N_XX - навантаження холостого ходу млина;

.(4)

Виходячи з формули (3), для підвищення слідує зменшити К. N_XX для конкретного млина та гарнітури є величина постійна. Тому зменшити К можна, збільшивши та водночас або тільки одне з них (формула (4)). Звичайно збільшують максимально настільки, щоб не призвести до погіршення якості паперу.

Попередні дослідження свідчать про те, що при фібрилівному розмелюванні до високого ступеня помелу маси для отримання оптимальних результатів у технологічному потоці, де всі млини оснащені алмазовміщуючою гарнітурою однієї зернистості, необхідно на кожному наступному млині знижувати питоме навантаження. Для підвищення ККД на кожному млині чи групі млинів доцільно використовувати гарнітуру різної зернистості, причому по ходу маси вона повинна знижуватися. При цьому можна водночас користуватися і зниженням питомого навантаження (табл. 1). Ступінь зниження визначається у кожному конкретному випадку дослідницьким шляхом.

розмелювання целюлоза алмазовміщуючий гарнітура

Таблиця 1

Варіант підбору гарнітури різної зернистості при розмелюванні целюлози марки Е-2

Номер	Тип	Гарнітура з постійною зернистістю 20/14	Гарнітура з різною зернистістю
млину в потоці	млину	Навантаження, кВт	Ступінь помелу, 0ШР	СДВ, дг	Зернистість	Навантаження, кВт	Ступінь помелу, 0ШР	СДВ, дг
1 2 3 4 5 6	МД-00 МД-00 МД-00 МД-00 МД-00 МД-00	55 50 48 45 40 35	59 71 82 91 95 98	142 117 108 84 м.с. 68 м.с. 50 м.с.	60/40 40/28 28/20 28/20 20/14 7/5	50 45 40 35 30 30	62 79 88 93 96 98	131 114 110 89 м.с. 80 м.с. 68 м.с.

Примітка. Маса на 1-ий млин основного розмелювання надходить з попереднім розмелюванням та активним набуханням зі ступенем помелу 35 ⁰ШР та СДВ 157 дг.

Проведено порівняльні дослідження щодо впливу конструкції ножа алмазовміщуючої гарнітури на процес розмелювання. Показано, що швидкість розмелювання та фібрилівна спроможність гарнітури з ножами повністю з АКМ дещо вище, ніж гарнітури з підпірною стінкою (див. рис. 1). Гарнітуру з ножами повністю з АКМ рекомендується використовувати в чистих потоках розмелювання, а з підпірною стінкою - в усіх потоках, де разом з масою в міжножовий зазор можуть попадати сторонні тверді вкраплення.

У лабораторних і виробничих умовах вивчено процес зносу алмазовміщуючої гарнітури різної зернистості. Виявлено специфічний характер її зносу, при якому відсутні відтісняння матеріалу ножів у сторону задніх кромок і явища схоплювання контактуючих поверхонь. Спостерігається плоскопаралельний знос торцевих поверхонь, що характеризує рівномірність структури матеріалу ножів. Явище мікрорізання спостерігається одного порядку з розміром алмазних зерен. Встановлено, що передні кромки ножів злегка притупляються, а задні - загострюються. Міра притуплення кромок залежить від зернистості й умов експлуатації гарнітури, а, головним чином, від кількості абразивних вкраплень, що потрапляють разом з масою. Швидкість зносу ножів по висоті у процесі всього строку експлуатації гарнітури приблизно однакова, що свідчить про однорідність властивостей АКМ.

Наведено дані щодо швидкості зносу ножів алмазовміщуючої гарнітури для різних підприємств галузі. Вона коливається від 0,2 мм/рік для конденсаторних видів паперу і до 2,5 мм/рік для масових друкарських та писальних видів паперу. Результати порівняльних досліджень зразків гарнітури на зносостійкість, що проводилися за однакових умов з присутністю абразиву, представлені на рис. 4. Найбільш зносостійкою виявилася гарнітура зернистістю 400/315. Далі зносостійкість зменшується зі зниженням зернистості.

Таким чином, маючи стабільні характеристики АКМ по висоті ножа і високу його зносостійкість, можна отримати й стабільні показники якості паперової маси.

Для визначення прогнозного строку служби алмазовміщуючої гарнітури рекомендується використовувати формулу:

,(5)

Де - прогнозний строк служби;

- період часу, за який зафіксовано знос ножів гарнітури ;

- вихідна висота ножа нової гарнітури після припрацювання;

- залишкова висота ножа зношеної гарнітури (= 1,5 - 2,0 мм);

- висота ножа під час заміру.

Виявлено принципову можливість здешевлення гарнітури шляхом додавання в композицію АКМ до 25% порошку карбіду бору замість частини алмазного порошку.

За допомогою розробленої програми обробки даних за методом найменших квадратів, отримано рівняння залежностей, які описують експериментальні криві (табл. 2).

Таблиця 2

Математичне описання експериментальних кривих

№ рисунка	№ кривої	Рівняння кривої
Рис. 2, а	1 3 4
Рис. 3, а	1 3 4
Рис. 3, б	1 3 4
Рис. 3, в	1 3 4

П'ятий розділ присвячений практичній реалізації результатів досліджень. Розроблено та впроваджено промислову конструкцію алмазовміщуючої гарнітури з замінними ножами, що дозволить замінювати зношені чи аварійно пошкоджені ножі на нові, використовуючи колишні корпуси. Повторне використання корпусів дозволяє економити до 90% дорогої нержавіючої сталі.

На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень, а також тривалих промислових випробувань експериментальних зразків, для виготовлення гарнітури рекомендуються алмазні порошки, означені в табл. 3.

Таблиця 3

Рекомендовані алмазні порошки для виготовлення гарнітури

Марка порошку	Зернистість
АС6 АС15 АС20 АС32 АСМ АСН	160/125, 125/100, 100/80, 80/63 200/160, 160/125, 125/100, 100/80, 80/63 250/200, 200/160, 160/125, 125/100, 100/80, 80/63 250/200, 200/160, 160/125, 125/100 60/40, 40/28, 28/20, 20/14, 14/10, 10/7 60/40, 40/28, 28/20, 20/14, 14/10, 10/7

Розроблено технологію реставрації алмазовміщуючої гарнітури з різними методами кріплення ножів до корпуса. Наведено результати впровадження технології розмелювання целюлози на дискових млинах з використанням алмазовміщуючої гарнітури з замінними ножами на Краснокамській ПФ Держзнаку Російської Федерації, Борисівській ПФ Держзнаку Республіки Білорусь та ВАТ "Малинська ПФ" України.

Наприклад, на Краснокамській ПФ Держзнаку було випробувано біля двох десятків експериментально-промислових зразків гарнітури з ножами з АКМ. Ці зразки відрізнялися поміж собою рисунком, геометричними параметрами ножів і канавок, а також зернистістю. У результаті досліджень були визначені раціональні параметри гарнітури. Впровадження такої гарнітури з відпрацюванням технологій розмелювання було здійснено в потоках приготування маси паперових машин №1, 4, 5 та 6. Це дозволило підвищити обсяг виробництва паперу та отримати високу якість готової продукції при зниженні її собівартості. Доведено високу зносостійкість гарнітури (строк служби до 5 років).

Шостий розділ присвячений перспективі дослідження процесу розмелювання з використанням алмазовміщуючої гарнітури.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Вперше викладено особливості процесу розмелювання целюлози на дискових млинах, оснащених алмазовміщуючою гарнітурою. Показано, що ймовірність нависання та утримання волокон на кромках ножів, затягування їх у міжножовий зазор, а також ступінь механічного впливу на волокна з боку гарнітури зростають з підвищенням зернистості АКМ. Розглянуто також силові фактори, які впливають на волокнистий шар у різних фазах розмелювання. Розроблено основи процесу зносу алмазовміщуючої гарнітури. Отримані дані дозволяють пояснити процеси, що відбуваються в міжножовому зазорі гарнітури, та виробити заходи щодо раціоналізації технології розмелювання целюлози і підвищення строку служби гарнітури.

2. Вперше виділено та класифіковано основні конструктивні фактори, що визначають характер, інтенсивність і економічність розмелювання при використанні алмазовміщуючої гарнітури. Дана класифікація дозволяє здійснити науковий та системний підхід до проблеми створення ефективних технологій розмелювання.

3. Досліджено вплив на процес розмелювання целюлози наступних основних факторів: зернистості гарнітури, концентрації маси, питомого навантаження на кромки ножів, конструкції ножа. Встановлено, що при зниженні зернистості гарнітури, питомого навантаження на кромки ножів і підвищенні концентрації маси збільшується фібрилівна дія на волокна, що призводить до підвищення фізико-механічних показників готової продукції. Одержані залежності, а також результати електронно-мікроскопічних досліджень та вивчення фракційного складу розмелюваної маси дозволяють стверджувати про значні переваги алмазовміщуючої гарнітури в характері розробки волокна та економічності розмелювання.

Введено поняття "критичне навантаження", при якому порушується суцільність волокнистого прошарку в міжножовому зазорі та з'являється безпосередній контакт вершин зерен алмазів суміжних поверхонь ножів. При цьому інтенсифікується рубання волокон. Показано, що, визначивши величину критичного навантаження, можна управляти характером та економічністю розмелювання, розробляти вихідні дані для виготовлення гарнітури стосовно конкретних умов експлуатації.

4. Розроблено технологію розмелювання целюлози, яка основана на принципі поступового зниження зернистості та питомого навантаження на кромки ножів на кожному з послідовно включених млинів технологічного потоку. Дана технологія розмелювання забезпечує підвищення якості готової продукції та зниження енерговитрат на розмелювання і захищена патентом України.

5. Проведено дослідження зносостійкості алмазовміщуючої гарнітури. Показано, що з підвищенням зернистості зносостійкість гарнітури збільшується. Для зернистості 125/100 вона приблизно у 9 разів вище у порівнянні з одним з кращих зразків металевої гарнітури (сталь Х12М твердістю 43 HRc).

6. Показана можливість заміни до 25% алмазного порошку в АКМ на порошок карбіду бору, що призводить до здешевлення гарнітури.

7. На основі теоретичних і експериментальних досліджень вперше розроблено раціональну конструкцію алмазовміщуючої гарнітури з замінними ножами з підпірною стінкою, що забезпечує високий строк служби та що дозволить економити дорогу нержавіючу сталь за рахунок повторного використання корпусів. Розроблено технологію реставрації означеної гарнітури.

8. Розроблену конструкцію алмазовміщуючої гарнітури та технологію розмелювання з її використанням впроваджено на ряді підприємств. При цьому виявлені такі переваги (у порівнянні з традиційною металевою гарнітурою): підвищення рівня та стабільності показників якості розмелюваної маси; економія електроенергії в середньому на 20%; підвищення строку служби гарнітури в 4-16 раз у залежності від її параметрів і умов експлуатації; економія нержавіючої сталі до 90%.

9. Викладено перспективу розвитку проблеми, що направлена на подальше заглиблення та розширення отриманих у даній роботі результатів щодо теорії та технології розмелювання, раціоналізації конструкції, здешевлення та підвищення якості, надійності і довговічності алмазовміщуючої гарнітури, поширення сфери її використання.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У ТАКИХ РОБОТАХ:

1. Кулеш М.И., Стаднийчук С.А., Мовчанюк О.М. Новая ресурсосберегающая гарнитура для дисковых мельниц // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1996 - №4 - С.65-68.

2. Астратов Н.С., Трегуб А.И., Кирьякова Г.В., Мовчанюк О.М. Метод определения межножевого зазора дисковых мельниц // Вестник КПИ. - К.: Лыбидь, 1991. - №28 - С.27-30.

3. Мовчанюк О.М., Астратов Н.С. Алмазосодержащая гарнитура дисковых мельниц // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1998. - №4. - С. 58-61.

4. Позитивне рішення на заявку на винахід №98074135 з пріоритетом від 28.07.98 р. Спосіб багатоступінчатого безперервного розмелювання волокна // Астратов М.С., Мовчанюк О.М. Заявка подана до НДЦПЕ Держпатенту України.

5. Влияние зернистости алмазосодержащей гарнитуры на качество размола лиственной целлюлозы / Шутько А.П., Мовчанюк О.М., Астратов Н.С., Стаднийчук С.А.; Национальный технический университет Украины "Киев. политехн. ин-т." - Киев, 1994. - 13 с. - Рук. - Деп. в ГНТБ Украины 16.01.95, №131 - УК 95 // Анот. в библ. указателе ВИНИТИ, б/о 216, №4 (281), 1995.

6. Суперизносостойкая гарнитура для размола лиственной целлюлозы из осиновой древесины / Мовчанюк О.М., Астратов Н.С.; "Киев. политехн. ин-т." - Киев, 1994. - 10 с. - Рук. - Деп. в ГНТБ Украины 16.01.95, №132 - УК 95 // Анот. в библ. указателе Депонированные научные работы ВИНИТИ, б/о 215, № 4 (281), 1995.

7. Мовчанюк О.М. Суперизносостойкая размалывающая гарнитура с ножами из алмазосодержащего композиционного материала // Тезисы докладов конференции "Ресурсо-, энергосберегающие и экологически чистые технологии в производстве деталей из композиционных материалов". п. Славско - 19-21 марта 1996 - К.: Общество "Знание" Украины, 1996 - С.41-42

АНОТАЦІЯ

Мовчанюк О.М. Дослідження процесу розмелювання целюлози на дискових млинах з використанням алмазовміщуючої гарнітури. -Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.22 - Технологія та обладнання хімічної переробки деревини. Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 1999.

Розроблено обґрунтування процесу розмелювання та зносу алмазовміщуючої гарнітури. Досліджено вплив ряду основних факторів на якість та економічність розмелювання. Розроблено технологію розмелювання целюлози з використанням алмазовміщуючої гарнітури. Запропоновано промислову конструкцію гарнітури з замінними ножами та технологію її реставрації. Результати досліджень впроваджено у виробництво.

Ключові слова: алмазовміщуюча гарнітура, зносостійкість, зернистість, концентрація, питоме навантаження на кромки ножів, технологія розмелювання, абразивний знос.

АННОТАЦИЯ

Мовчанюк О.М. Исследование процесса размола целлюлозы на дисковых мельницах с использованием алмазосодержащей гарнитуры. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.22 - Технология и оборудование химической переработки древесины. Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 1999.

Приведены обоснования процесса размола целлюлозы на дисковых мельницах, оснащенных алмазосодержащей гарнитурой. Разработан механизм воздействия гарнитуры на волокно. Показано влияние зернистости гарнитуры, величины межножевого зазора на характер и интенсивность такого воздействия. Рассмотрены силовые факторы, действующие на волокно при прохождении его между ножами гарнитуры. Показано необходимое условие для фибриллирования волокна - отсутствие прямого контакта вершин алмазных зерен сопрягаемых поверхностей ножей гарнитуры.

Разработана классификация основных конструктивных факторов, влияющих на характер, интенсивность и экономичность размола с применением алмазосодержащей гарнитуры, позволяющая осуществить научный и системный подход к исследованию процесса размола с использованием алмазосодержащей гарнитуры.

Разработаны обоснования процесса износа алмазосодержащей гарнитуры. Обоснована определяющая роль абразивного износа и зависимость его интенсивности. Изучен механизм процесса приработки алмазосодержащей гарнитуры. Разработана стержневая модель гарнитуры, дающая представление о состоянии ее поверхностей после спекания и задачах приработки. Обоснована применимость основных положений механизма абразивного износа при работе гарнитуры в производственных условиях для объяснения процессов, происходящих при ее приработке. Разработан механизм износа гарнитуры в случае отсутствия в массе абразивных включений.

Исследовано влияние на процесс размола зернистости АКМ, концентрации массы, удельной нагрузки на кромки ножей, конструкции ножа гарнитуры. Изучена динамика процесса размола с использованием алмазосодержащей гарнитуры в сравнении с металлической из стали Х12М. Получены зависимости изменения физико-механических показателей бумаги (разрывная длина, сопротивление раздиранию, прочность на излом) от степени помола массы при варьировании вышеуказанных факторов. Приведены результаты электронно-микроскопических исследований и анализа фракционного состава размалываемой массы по длине волокон. Установлена самая фибриллирующая и самая укорачивающая гарнитура. Даны рекомендации по использованию зернистости АКМ, концентрации массы, удельной нагрузки на кромки ножей, конструкции ножа гарнитуры для достижения требуемых показателей качества готовой продукции при минимально возможной энергоемкости процесса размола. Изучено влияние степени помола массы и удельной нагрузки на кромки ножей на величину межножевого зазора при размоле целлюлозы марки Э-2.

Введено понятие "критическая нагрузка". Обоснована роль этой величины в управлении характером и экономичностью размола. Рассмотрены возможные варианты работы алмазосодержащей гарнитуры: в фибриллирующем режиме, укорачивающем режиме и в аварийном. Приведены уравнения и неравенства, из которых следует, что для каждой зернистости, определенной степени помола массы и других конкретных условий существует своя гарантированная толщина волокнистой прослойки, при которой не наступает рубка волокна.

Разработана технология размола целлюлозы, основанная на принципе снижающейся зернистости гарнитуры и удельной нагрузки на кромки ножей на каждой из последовательно включенных мельниц технологического потока, которая обеспечивает повышение качества готовой продукции и снижение энергозатрат на размол. Приведен вариант подбора гарнитуры разной зернистости при размоле целлюлозы марки Э-2.

В лабораторных и производственных условиях изучен процесс износа алмазосодержащей гарнитуры различной зернистости. Выявлен специфический плоскопараллельный характер ее износа, при котором отсутствуют оттеснения материала ножей в сторону задних кромок и явления схватывания контактирующих поверхностей. Приведены данные по скорости износа ножей алмазосодержащей гарнитуры для различных предприятий отрасли. Приведены также результаты исследований образцов гарнитуры на износостойкость, которые проводились в лабораторных условиях с присутствием абразива. Установлена закономерность изменения износостойкости гарнитуры. Приведена формула для определения прогнозируемого срока службы алмазосодержащей гарнитуры.

Разработана математическая программа обработки экспериментальных данных по методу наименьших квадратов. Получены уравнения для описания экспериментальных кривых.

Показана возможность замены до 25% алмазного порошка в АКМ на порошок карбида бора, что дает возможность снизить стоимость гарнитуры.

Разработана промышленная конструкция гарнитуры со сменными ножами из АКМ и подпорной стенкой. Разработана технология реставрации указанной гарнитуры.

Приведены результаты внедрения технологии размола целлюлозы на дисковых мельницах с использованием алмазосодержащей гарнитуры со сменными ножами на Краснокамской бумажной фабрике Гознака РФ, Борисовской бумажной фабрике Гознака РБ, ОАО "Малинская бумажная фабрика". При этом выявлены преимущества (в сравнении с традиционной металлической гарнитурой): повышение уровня и стабильности показателей качества размалываемой массы, экономия электроэнергии в среднем на 20%; повышение срока службы гарнитуры в 4-16 раз (в зависимости от ее параметров и условий эксплуатации), экономия нержавеющей стали до 80%.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а также долговременных промышленных испытаний экспериментальных образцов гарнитуры даны рекомендации по использованию алмазных порошков определенных марок и зернистостей для изготовления гарнитуры.

Ключевые слова: алмазосодержащая гарнитура, износостойкость, зернистость, концентрация, удельная нагрузка на кромки ножей, технология размола, абразивный износ.

THE ABSTRACT

Movchanyuk О. Research of pulp milling process in disk mills equipped with diamond-containing milling plates. The manuscript

Dissertation for the degree of the Candidate of Technical Sciences for the speciality 05.17.22 - Technology and equipment for chemical wood processing. - National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnical Institute", Kiev, 1999.

The rationale of milling process and wear of diamond-containing milling plates has been developed. Influence of the major factors effecting the quality and profitability of milling process has been researched. The pulp milling technology using diamond-containing milling plates has been developed. The industrial design for milling plates with accessory knifes and technology of their restoration had been offered. The results of researches had been introduced into production.

Key words: diamond-containing milling plates, wear resistance, graininess, concentration, specific load on cutting knife edge, milling technology, abrasive wear.

Размещено на Allbest.ru

...