Федотьев А.Н.

Федотьев Н.А.

Измельчение руд и нерудных материалов имеет важнейшее значение для рудоподготовки и обогащения, т.к. эти процессы обеспечивают необходимую степень раскрытия минералов для дальнейшего извлечения из них полезных компонентов. Осуществляют их в мельницах (измельчителях). Существует большое число типов и типоразмеров, мельниц (барабанные, вибрационные, струйные, кольцевые, самоизмельчения и др.).

Применение самоизмельчения руд дает следующие преимущества: возможность исключить шары и стержни в качестве дробящей среды; возможность исключения двух стадий дробления и одной стадии измельчения (в стержневых мельницах); улучшение вскрытия минералов при хорошей избирательности, что положительно сказывается на технологических показателях обогащения.

Цель работы. Нахождении путей увеличения износостойкости сменных элементов аппарата самоизмельчения фирмы «Бармак» - сбрасывателей. измельчение износостойкость сбрасыватель руда

Материал и результаты исследований.

На ОАО «Полтавский горно-обогатительный комбинат» (г. Комсомольск) нашли широкое применение аппараты самоизмельчения циклонного типа с разделением потока руды фирмы «Бармак» (дробилки «Бармак»). Высокая степень измельчения достигается за счет соударения частиц руды в процессе слияния двух потоков, ударов у истирания при контакте с футеровкой, образованной в роторе аппарата налипшими частицами руды (рис. 1).

Данная схема работы имеет большие преимущества по сравнению с другими аппаратами самоизмельчения за счет наличия футеровки из частиц руды, что намного уменьшает износ и поломки корпуса дробилки, снижает силу ударов крупных кусков руды. Однако наиболее уязвимым местом в дробилке является место выхода потока руды из ротора, где достигается наивысшая скорость потока и изменение его направления. В этом месте установлены сменные концевые накладки ротора - сбрасыватели (рис. 2). Эти элементы состоят из корпуса, который, в основном, изготавливают из высокопрочного чугуна или стали, и вставки, изготовленной из твердого сплава.

При работе сбрасывателей к ним выдвигаются такие требования:

· полное перекрытие окна ротора;

· обеспечение максимальной стойкости (порядка 70-80 ч);

· формирование потока сбегающей руды определенного направления.

При анализе условий работы сбрасывателей выявлены такие виды воздействий и причин выхода из строя (рис. 3).

Анализ показал, что наибольший процент отказов связан именно с абразивным износом вставки. Остальные виды отказов проявляются только при отклонении процесса дробления от оптимального режима и могут быть максимально снижены за счет профилактики и совершенствования системы обслуживания дробилки.

Абразивным изнашиванием называют разрушение поверхности детали в результате ее взаимодействия с твердыми частицами при наличии относительной скорости. В роли таких частиц выступают:

· неподвижно закрепленные твердые зерна, входящие в контакт по касательной либо под небольшим углом атаки к поверхности детали;

· незакрепленные частицы, входящие в контакт с поверхностью детали;

· свободные частицы, пребывающие в зазоре сопряженных деталей;

· свободные абразивные частицы, вовлекаемые в поток жидкостью или газом.

На процесс абразивного изнашивания может влиять:

· природа абразивных частиц;

· агрессивность среды;

· свойства изнашиваемых поверхностей;

· ударное взаимодействие;

· нагрев и другие факторы.

Изнашивание твердыми зернами - при контакте абразивные частицы (зерна), оставаясь целыми или разрушаясь, упруго деформируют металл. При этом зерна могут вдавливаться в металл, повернуться или даже выйти из контакта, оставив полосу.

Изнашивание при ударе абразивных частиц - этот процесс называют ударно-абразивным изнашиванием. На него влияет природа и геометрическая форма, твердость, хрупкость абразивных частиц, толщина слоя абразива, энергия удара, твердость испытуемого материала, наличие жидкости в зоне удара и т.д. После ударно-абразивного износа на поверхности остаются лунки.

Известно [1,2], что интенсивность абразивного изнашивания является функцией нормальной силы взаимодействия абразивной частицы с изнашиваемым материалом и скорости относительного движения:

а

б

Рисунок 1 - Устройство дробилки «Бармак»: а) схема внутренней части; б) ротор и изнашиваемые детали

Рисунок 2 - Твердотельная модель и схема износа сбрасывателя

. (1)

Для уменьшения абразивного износа вставки было проведено моделирование потока руды в зоне вставки. Результаты моделирования приведены на рис. 4. Видно, что наибольшая скорость движения потока (темные пятна) приходится на место перехода вставки и корпуса. Очевидно, и интенсивность износа в этой области будет наибольшей, что подтверждают и визуальные наблюдения изношенных сбрасывателей.

В зависимости от исходной скорости потока руды больше изнашивается или вставка, или корпус под вставкой. Последний случай наиболее опасен вследствие ослабления места крепления вставки и возможности «вываливания» последней из корпуса.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 - Анализ причин выходов из строя сбрасывателей

Для определения напряженно-деформированного состояния корпуса и вставки при критическом износе корпуса было проведено моделирование в системе Cosmos Works 2006RU. Создана твердотельная модель сбрасывателя (рис. 2) и расчетная модель с учетом износа корпуса (рис. 5).

При моделировании считали, что вставка потеряла связь с корпусом (разрушение клеевого соединения), смещение в опорных плоскостях равнялись нулю, наибольшая нагрузка приложена к кромке вставки в двух плоскостях (рис. 5).

Анализ результатов расчета показал, что при износе корпуса (рис. 6.б) максимальные эквивалентные напряжения по Мизесу, возникающие в твердосплавной вставке почти в три раза больше напряжений при неизношенном корпусе (рис. 6.а). Это значит, что по мере износа корпуса, вероятность хрупкого разрушения (появления трещин) или «вываливания» твердосплавной вставки увеличивается и, поэтому, уменьшается общий ресурс и надежность работы сбрасывателя и дробилки в целом.

Поэтому возникает необходимость оптимизировать поток руды, огибающий сбрасыватель, чтобы его скорость была равномерной по всему периметру сечения сбрасывателя и, таким образом, добиться более равномерного износа и увеличения стойкости сбрасывателя.

Для оптимизации профиля изменяли существующие геометрические характеристики профиля (рис. 7), используя методы планирования эксперимента [3 - 5]. Промежуточные результаты виртуального эксперимента приведены на рис. 8.

Очевидно, что наиболее оптимальным является профиль, изображенный на рис. 8.в. Здесь достигается наиболее равномерное распределение скорости потока руды по периметру сбрасывателя, поэтому и износ будет более равномерным и наименьшим.

Рисунок 4 - Поле скоростей потока руды в области сбрасывателя

а) б)

Рисунок 5 - Расчетные модели сбрасывателя и сетка конечных элементов с граничными условиями и нагрузкой в исходном состоянии (а) и при износе (б)

а) б)

Рисунок 6 - Напряженно-деформированное состояние неизношенного (а) и изношенного сбрасывателей (б)

Рисунок 7 - Исследуемые геометрические характеристики профиля сбрасывателя

а) б) в)

Рисунок 8 - Оптимизация профиля корпуса сбрасывателя

Выводы

При анализе условий работы сбрасывателей было выявлены основные причины преждевременного их выхода из строя. При компьютерном моделировании было выявлено напряженно-деформированное состояние корпуса и вставки сбрасывателя нового и при критическом износе, также характер течений пульпы по рабочим поверхностям сбрасывателя. На основании этого было оптимизировано профиль этих поверхностей.