Спосіб обробки матеріалів

Изобретение относится к области промышленной дезинтеграции руд полезных ископаемых с низкой электрической проводимостью, содержащих минералы, обладающих магнитострикционным эффектом, например, железных руд, содержащих магнетит. Известен способ уменьшения прочности куска горной породы за счет возбуждения в нем ультразвуковых колебаний [1]. Недостатком известного способа является невозможность эффективной обработки материала по всему объему, независимо от формы и размера частиц. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ обработки материалов, включающий многократные нагрев переменным электромагнитным полем СВЧ в режиме стоячих аолн до температуры не ниже 3000С и не выше температуры начала в нем окислительновосстановительных процессов с последующим охлаждением материала жидким хладагентом до температуры последнего и механическое нагружение материала [2]. Недостаток способа заключается в значительной энергоемкости процесса обработки, обусловленной высокой температурой нагрева материала, низким КПД источника питания в диапазоне СВЧ, необходимостью обработки материала хладагентом. Для реализации способа необходимо сложное оборудование: СВЧ-генератор большой мощности, волновод, излучатель, необходимы дополнительные мероприятия по защите обслуживающего персонала от воздействия СВЧ-излучения. В основу изобретения поставлена задача создания способа обработки материалов с магнитострикционными компонентами в сростках рудной и нерудной фаз, в котором путем использования переменного магнитного поля с заданными параметрами обеспечивают разупрочнение, обусловленное механизмами, не связанными со специальным нагревом обрабатываемого материала. Поставленная задача решается тем, что в способе обработки материалов с магнитострикоционными компонентами в сростках рудной и нерудной фаз, включающем воздействие на материал переменным магнитным полем и механической нагрузкой, согласно изобретению, воздействие магнитным полем осуществляют в диапазоне звуковых частот, с напряженностью в области проявления магнитостикционого эффекта, после чего без задержки во времени воздействуют механической нагрузкой. Воздействие магнитного поля в заданном диапазоне частот и указанной напряженности приводит к проявлению магнитострикционного эффекта, электромагнитного взаимодействия частиц и поля, что обеспечивает снижение прочности материала при ограниченном нагрева горной породы. На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство состоит из загрузочной камеры 1, шаровой мельницы 2, соленоида 3, выполненного в виде однослойной катушки с равномерным шагом намотки, источника питания 4, подключенного к выводам катушки. Обрабатываемый материал из загрузочной камеры 1 через соленоид 3 поступает в шаровую мельницу 2. Способ реализуется следующим образом. При включении источника питания 4 по катушке соленоида 3 протекает переменный синусоидальный ток, создающий переменное магнитное поле. Обрабатываемый материал из загрузочной камеры 1 под действием силы тяжести попадает во внутреннюю полость соленоида 3 и подвергается здесь воздействию магнитного поля. Из соленоида 3 обрабатываемый материал поступает в шаровую мельницу 2, где подвергается измельчению до заданной крупности. Обрабатываемый материал (руда) содержит сростки рудной и нерудной фаз. Одна из фаз обладает выраженными магнитострихционными свойствами. В другой фазе эти свойства выражены в меньшей степени либо полностью отсутствуют. В целом материал обладает низкой электрической проводимостью, что препятствует образованию из отдельных зерен материала замкнутых контуров тока, снижает интенсивность вихревых токов. Передача энергии осуществляется бесконтактным методом, что позволяет вести обработку материала по всему объему, независимо от формы и размера частиц. Частоту переменного магнитного поля задают в звуковом диапазоне 1000-20000 Гц. В этом диапазоне частот индуктивное сопротивление катушки, создающей магнитное поле, невелико. Это позволяет обеспечить ток, при котором напряженность магнитного поля будет находиться в области выраженного действия магнитострикционного эффекта. Значение напряженности магнитного поля задают в области выраженного действия магнитострикционного эффекта. Так, например, для магнетита нижняя разница напряженности 1,5 • 104А/с, верхняя граница, при которой рост относительного удлинения тела прекращается, - 5 • 104 А/м. Вследствие различия магнитострикционных свойств отдельных фаз материала в куске горной породы возникают внутренние пульсирующие напряжения. Многократные пульсации вызывают рассеянную поврежденность в куске горной породы, микротрещины, что приводит к уменьшению прочности. Повышение частоты и напряженности поля в указанных диапазонах изменения этих параметров сопровождается снижением прочности обрабатываемого материала. В диапазоне частот до 1000 Гц воздействие не приводит к существенному разупрочнению, поэтому возможности промышленного использования способа ограничены. Если обрабатываемый материал содержит ферромагнетики (например, железную руду), то магнитное поле создают неоднородным, т.е. обладающим градиентом напряженности. В рассматриваемом примере магнитное поле вдоль оси соленоида неоднородно. Его dH/dx возрастает в направлении от центра к торцам, В неоднородном магнитном поле при указанных напряженностях наряду с магнитострикцией возникает электромагнитное взаимодействие ферромагнитных частиц материала с полем. При этом возникают внутренние пульсирующие напряжения, вибрации частиц и, как следствие, снижается прочность горной породы. Ввод в действие магнитострикции, электромагнитного взаимодействия частиц и поля обеспечивает эффект разупрочнения при ограниченном нагреве горной породы. Так, например, для железных руд рост температуры вследствие нагрева по отношению к ее начальному значению может быть ограничен 1-200С. С повышением температуры нагрева рост показателей разупрочнения снижается. Измельчение осуществляют непосредственно после обработки материала в магнитном поле без задержки по времени. Это исключает релаксацию разупрочнения горной породы. Так как тепловые потери преобладают в общем балансе затрат энергии на обработку материала, то ограничение температуры нагрева приводит к уменьшению энергоемкости процесса (затрат энергии, приходящихся на единицу веса материала). При ограниченной мощности источника питания снижение энергоемкости позволит повысить производительность процесса обработки. В качестве источников питания могут быть использованы тиристорные преобразователи частоты, широко применяемые для индукционного нагрева материалов. Эти преобразователи в указанном диапазоне частот имеют высокий КПД (0,8-0,9), устройства просты в реализации и надежны в работе. Магнитные поля в указанных диапазонах частот и напряженностей не представляют опасности для здоровья обслуживающего персонала.