Спосіб підготування матеріалу в барабанно-валковому активаторі

1. Спосіб підготування матеріалу в барабанновалковому активаторі, який включає завантаження сипкого матеріалу, що готується, в барабан, що обертають відносно горизонтальної осі, утворення шару матеріалу на поверхні камери барабана, періодичне ущільнення цього шару прокатуванням під валком із наступним розпушуванням та вивантаження готового продукту, який відрізняється тим, що швидкість обертання барабана у період завантаження підтримують не нижчою від величини, яка відповідає переходу циркуляційного режиму руху матеріалу в камері барабана в режим пристінного шару під час прискорення обертання, а після завершення завантаження в процесі підготування знижують не нижче від величини, яка відповідає зворотному переходу ци х режимів руху матеріалу під час сповільнення обертання. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що швидкість обертання барабана, яка відповідає переходу циркуляційного режиму руху матеріалу в камері барабана в режим пристінного шару під час прискорення обертання, приймають рівною величині, яка відповідає зворотному переходу ци х режимів руху матеріалу під час сповільнення обертання, при достатньому зчепленні матеріалу із стінкою камери, а при недостатньому зчепленні матеріалу із стінкою камери її приймають рівною 1,3-1,5 величини, яка відповідає останньому переходу режимів руху матеріалу, причому розпушування починають після завершення завантаження та утворення шару матеріалу на поверхні камери барабана. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що швидкість обертання барабана, яка відповідає переходу режиму пристінного шару в циркуляційний режим руху матеріалу в камері барабана під час сповільнення обертання, визначають із співвідношення: Винахід стосується технології механічної активації матеріалів для надавання їм або посилення в них в'яжучих властивостей і може знайти застосу вання в промисловості будівельних матеріалів та інших галузях виробництва. Відомий спосіб підготування в барабанновалковому активаторі [1], що включає завантажен w= lg( Fr) 10 lg(Fr ) = A= ×g R , B + B2 - 4 × A × C , -2×A D , 4 B = D ×G + E -1 , 2 1 æRö × lgç ÷, 2 çg÷ è ø 2 æ dö к = 1- ç1- ÷ , è Rø де ω - кутова швидкість обертання барабана, 1/с; Fr - число Фруда; g- гравітаційне прискорення, м/с2; R- радіус камери барабана, м; A, B, C, D, E, F, G - змінні величини; к - ступінь заповнення камери барабана матеріалом; δ - товщина пристінного шару матеріалу на поверхні камери барабана, м. (13) 71771 ( ) G = lg R 2 (11) F = 0,25 × к 2 - 0,035 × к + 0,23, UA 2 Е = - 0,025 × к - 0,005 × к + 0,04442, (19) 2 D = -0,0027 × к + 0,00108× к + 0,001475, A C = D × G2 + E × G + F, 3 71771 4 ня текучого матеріалу, що готується, в барабан, швидкістю, необхідною для створення надійних який обертають відносно горизонтальної осі, утвоумов виникнення стійкого пристіночного шару сипрення шару матеріалу на поверхні камери барабакого матеріалу в камері. Крім того, вирішення пона, безперервне ущільнення цього шару прокатуставленої технічної задачі досягається також тим, ванням під валком та вивантаження готового що в зазначеному способі, згідно винаходу, швидпродукту. кість обертання барабана після завершення заваНедоліком цього способу є невизначеність вентаження в процесі підготування знижують не ниличини швидкості обертання барабана для утвожче величини, яка відповідає зворотньому рення шару матеріалу в камері. переходу цих режимів руху матеріалу під чає споВідомий також, вибраний як прототип, спосіб вільнення обертання. Це здійснення способу є підготування в барабанно-валковому активаторі таким, якому віддається перевага з точки зору [2], що включає завантаження сипкого матеріалу, зниження енерговитрат активації та динамічного що готується, в барабан, який обертають відносно навантаження шляхом обертання барабана із горизонтальної осі із надкритичною швидкістю, швидкістю достатньою для підтримання стабільутворення шару матеріалу на поверхні камери них умов існування усталеного пристіночного шару барабана, періодичне ущільнення цього шару продисперсного матеріалу в камері. катуванням під валком із наступним розпушуванТут і далі терміном "циркуляційний" режим руням та вивантаження готового продукту. ху позначено течію сипкого матеріалу переважно в Недоліком цього способу є неточність визнанижній частині камери із інтенсивною циркуляцією чення швидкості обертання барабана при утвота значними відносними швидкостями під час поренні шару матеріалу на поверхні камери, а також вільного обертання барабана, а терміном режим неврахування впливу на величину цієї швидкості "пристіночного шару" позначено течію у вигляді ступеня заповнення камери та її радіуса. Тому при квазітвердотільного, без відносної швидкості, та заниженому значенні швидкості обертання барарівномірного кільцевого у перерізі шару матеріалу бана зменшується продуктивність та знижується під час пришвидшеного обертання. Натомість теефективність активації, а при завищеному знармін "критична" швидкість [3], при якій встановлюченні швидкості зростають енерговитрати актиється рівність між відцентровою силою інерції на вації та динамічне навантаження обладнання. циліндричній поверхні камери та силою ваги, як В основу винаходу поставлено задачу вдосковиявляється не відповідає умові утворення шару налення існуючого способу підготування в бараматеріалу на поверхні камери. Оскільки внаслідок банно-валковому активаторі шляхом підтримання квазізрідження сипкого матеріалу відбувається швидкості обертання барабана у період завантазісковзування та відносне просковзування частиження не нижче величини, яка відповідає переходу нок при залишенні колових траєкторій та взаємоциркуляційного режиму руху матеріалу в камері дія частинок при падінні, виникнення шару матерібарабана в режим пристіночного шару під час алу починається при швидкості обертання прискорення обертання, забезпечити підвищення барабана, більшій за "критичну". продуктивності та ефективності активації за рахуВ окремих випадках здійснення винаходу нок обертання барабана із швидкістю, необхідною швидкість обертання барабана, яка відповідає для створення пристіночного шару сипкого матеріпереходу циркуляційного режиму руху матеріалу в алу, що активується, в камері барабана, та шлякамері барабана в режим пристіночного шару під хом зниження швидкості обертання барабана пісчає прискорення обертання, приймають рівною ля завершення завантаження в процесі величині, яка відповідає зворотньому переходу підготування не нижче величини, яка відповідає цих режимів руху матеріалу під час сповільнення зворотньому переходу цих режимів руху матеріалу обертання, при достатньому зчепленні матеріалу під час сповільнення обертання, забезпечити зниіз стінкою камери, а при недостатньому зчепленні ження енерговитрат активації і динамічного наванматеріалу із стінкою камери її приймають рівною таження за рахунок обертання барабана із мініма1,3-1,5 величини, яка відповідає останньому перельною можливою швидкістю, достатньою для ходу режимів руху матеріалу, причому розпушупідтримання такого шару матеріалу. вання починають після завершення завантаження Вирішення поставленої технічної задачі досята утворення шару матеріалу на поверхні камери гається тим, що в способі підготування в барабанбарабана. Це здійснення способу є таким, якому но-валковому активаторі, який включає завантавіддається перевага з точки зору визначення неження сипкого матеріалу, що готується, в барабан, обхідної величини швидкості обертання барабана, який обертають відносно горизонтальної осі, утвояка відповідає завершенню утворення рення шару матеріалу на поверхні камери барабапристіночного шару матеріалу на поверхні камери на, періодичне ущільнення цього шару прокатуу період завантаження, із урахуванням умов зчепванням під валком із наступним розпушуванням та лення матеріалу із стінкою камери та десвивантаження готового продукту, згідно винаходу, табілізуючого впливу розлущування на утворення швидкість обертання барабана у період заванташару матеріалу. За умови достатнього зчеплення ження підтримують не нижче величини, яка відпоматеріалу із стінкою камери та ступеня її заповвідає переходу циркуляційного режиму руху матенення, що наближається до 0,3, взаємний перехід ріалу в камері барабана в режим пристіночного режимів руху сипкого матеріалу в камері, як під шару під чає прискорення обертання. Це здійсчас прискорення, так і під час сповільнення обернення способу є таким, якому віддається перевага тання барабана, здійснюється при однаковій куз точки зору підвищення продуктивності та ефектовій швидкості [4]. Якщо ж зчеплення матеріалу із тивності активації шляхом обертання барабана із стінкою камери є недостатнім та ступінь заповнен 5 71771 6 ня малим, внаслідок квазізрідження дисперсного нення камери та її радіуса. За цією величиною матеріалу виникає явище режимного гістерезису чисельно визначається також швидкість обертання [5], коли величина швидкості обертання барабана, барабана у період завантаження. що відповідає переходу циркуляційного режиму При циркуляційному режимі руху матеріалу, руху матеріалу в режим пристіночного шару під що активується, в камері барабана у вигляді гравічас прискорення обертання барабана, перевищує таційних течій, який можна віднести до режиму величину швидкості, що відповідає зворотньому швидких р ухів гранульованих середовищ- [7], внапереходу режимів під час сповільнення обертання. слідок квазізрідження сипкого матеріалу його поВ останньому випадку при обертанні барабана із ведінка стає схожою на поведінку в'язкої рідини в швидкістю, меншою за 1,3 величини, яка аналогічних умовах. Тому для описування руху відповідає зазначеному зворотньому переходу дисперсного матеріалу можуть бути прийняті крирежимів при сповільненні обертання, не ствотерії подібності течії рідини - числа Рейнольдса і рюється необхідних умов виникнення шару маФруда та ступінь заповнення камери: Re = w × R2 /n , теріалу на поверхні камери. При обертанні бара2 Fr = w × R/g , k, де n - кінематичний коефіцієнт в'ябана із швидкістю, більшою за 1,5 величини, яка відповідає такому зворотньому переходу режимів, зкості, м 2/с. Оскільки в розглядуваному русі різні сипкі матеріали виявляють практично однакові різко зростає вібраційне навантаження обладнання [6]. Початок розпушування після завершення в'язкісні властивості, для зручності n можна предзавантаження та утворенні шару матеріалу на поставити аналогом - n = 1 м 2/с. Тоді для даного виверхні камери барабана поліпшує умови виникпадку Re = w × R2 у безрозмірних одиницях. нення режиму пристіночного шару за несприятлиНа фігурі зображено одержані експериментавих умов. льно [5] графіки меж взаємного переходу циркуляКрім того, швидкість обертання барабана, яка ційного та режиму пристіночного шару при достатвідповідає переходу режиму пристіночного шару в ньому зчепленні матеріалу із стінкою камери в циркуляційний режим руху матеріалу в камері балогарифмічних осях Re та Fr для трьох значень k. рабана під час сповільнення обертання, визначаПохилі штрихові прямі відповідають умові ють із співвідношення: R const . = 10lg( Fr) × g З метою визначення співвідношення для розw= , рахунку швидкості обертання барабана застосоR вується інтерполяція. За функцію двовимірної B + B2 - 4 × A × C інтерполяції прийнято lg(Fr) , за аргументи - lg(Re) lg(Fr ) = , - 2× A та k. Прийнято прямокутну рівномірну сітку з D дев'ятьма вузлами з координатами: lg(Re)= -3 , 0 A= , 4 та 3, k = 0,1 , 0,2 та 0,3. В таблиці наведено прийE няті значення функції у вузлах інтерполювання. B = D ×G + - 1 2 , Таблиця C = D × G2 + E × G + F , 2 Значення функції у вузлах інтерполювання D = -0,0027 × k + 0,00108 × k + 0,001417 , 2 E = - 0,025 × k - 0,005 × k + 0,04442 , 2 F = 0,25 × k - 0,035 × k + 0,23 , G = lg(R2 ) 1 æRö × lgç ÷ , 2 ç g÷ è ø 2 æ dö k = 1- ç1- ÷ è Rø де w - к утова швидкість обертання барабана, 1/с; Fr - число Фруда; g - гравітаційне прискорення, м/с2; R - радіус камери барабана, м; A, B, C, D, E, F, G - змінні величини; k - ступінь заповнення камери барабана матеріалом; d - товщина пристіночного шару матеріалу на поверхні камери барабана, м, Це здійснення способу є таким, якому віддається перевага з точки зору чисельного визначення швидкості обертання барабана, яка відповідає достатнім умовам підтримання пристіночного шару матеріалу на поверхні камери після завершення завантаження в процесі підготування, із ура хуванням впливу на величину швидкості ступеня запов № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 k 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 Аргумент lg(Re) -3 0 3 -3 0 3 -3 0 3 Функція lg(Fr) 0,112 0,229 0,374 0,12 0,233 0,3745 0,134 0,242 0,378 Застосовано інтерполяційний многочлен Лагранжа. Інтерполяційна формула має вигляд lg(Fr ) = (d0 × k 2 + d1 × k + d2 ) × [lg(Re)]2 + ( e0 × k2 + (1) + e1 × k + e2 ) × [lg(Re)]2 + ( f0 × k 2 + f1 × k + f2 ) Оскільки в Re входить шукана w і аргумент інтерполювання lg(Re) наперед не задано, складено додаткове рівняння прямої, що відповідає умові R = const та проходить через точку із значенням w = 1 . 7 æR ö lg(Fr) - lgç ÷ = 2 × [lg(Re) - lg(R2 )] ç g÷ è ø 71771 (2) де lg(R 2 ) та lg(R/g) - координати точки при w = 1 ; 2 - кутовий коефіцієнт прямої. Після заміни 1 æRö G = lg(R2 ) - × lgç ÷ 2 çg÷ è ø та перетворення вираз (2) має вигляд 1 (3) lg(Re) = × lg(Fr) + G 2 Після замін (4) D = d0 × k 2 + d1 × k + d2 E = e0 × k 2 + e1 × k + e2 (5) F = f0 × k2 + f1 × k + f2 вираз (1) має вигляд (6) 2 (7) lg(Fr) = D × [lg(Re)] + E × lg(Re) + F Після підстановки (3) в (7) та перетворення B + B2 - 4 × A × C , - 2× A де A = D/4 , E B = D × G + - 1, 2 lg(Fr ) = C = D × G2 + E × G + F . Остаточно вираз для w має вигляд 10lg( Fr) × g R За значенням функції у вузла х інтерполювання визначено величини коефіцієнті d, e та f в (4)-(6) для D, E та F. При k < 0,1 величина w визначається екстраполюванням. Розрахувати швидкість обертання барабана можна за допомогою мікрокалькулятора. Приклад 1. Радіус камери барабана R 0,75 м, товщина пристіночного шару матеріалу = на поверхні камери барабана d = 0,11 м, зчеплення матеріалу із стінкою камери достатнє. Сипкий матеріал, що готується, завантажують в барабан, який обертають відносно горизонтальної осі, і після утворення шару матеріалу на поверхні камери періодично ущільнюють цей шар прокатуванням під валком із наступним розпушуванням. Швидкість обертання барабана у період завантаження та в процесі підготування підтримують не нижче величини w, яку визначають у такий спосіб: w= 2 k = 1 - (1 - 0,11/0,75) = 0,27182; 2 G = lg(0,75 ) - (1/2) × lg(1/9,81) = 0,24596 ; F = 0,25 × 0,27182 2 - 0,035 × 0,27182 + 0,23 = 0,23896 ; 2 E = -0,025 × 0,27182 - 0,005 × 0,27182 + 0,04442 = 0,041214 ; ; D = -0,0027 0,27182 + 0,00108 0,27182 0,001475 0,0015691 × × + = 2 ; C = 0,0015691 × 0,24596 + 0,041214 0,24596 0,23896= 0,24919 × + 2 B = 0,0015691× 0,24596 + 0,041214/2 - 1 = -0,97901 ; A = 0,0015691/4 - 0,00039228 ; 8 lg( Fr) = 2 - 0,97901 + (-0,97901) - 4 × 0,00039228 × 0, 24919 = 0,25456 ; - 2 × 0,00039228 w = 10 0,25456 × 9,81 / 0,75 = 4,85 1/с. Розпушування починають у будь-який момент часу. Приклад 2. R = 0,75 м, d = 0,05 м, зчеплення недостатнє. Швидкість обертання барабана w, яка відповідає переходу режиму пристіночного шару в циркуляційний режим руху матеріалу в камері під час сповільнення обертання, визначають у такій спосіб: 2 k = 1 - (1 - 0,05/0,75) = 0,12889 ; 2 G = lg(0,75 ) - (1/2) × lg(1/9,81) = 0,24596 ; F = 0,25 × 0,12889 2 - 0,035 × 0,12889 + 0,23 = 0,22964 ; E = -0,025 × 0,128892 - 0,005 × 0,12889 + 0,04442 = 0,04336 ; ; C = 0,0015693 0,24596 + 0,04336× 0,24596+ 0,22964= 0,2404 ; × B = 0,0015693 × 0,24596 + 0,04336/2 - 1 = -0,97793 ; A = 0,0015693/4 = 0,00039233 ; D = -0,0027 × 0,12889 2 + 0,00108 × 0,12889 + 0,001475 = 0,0015693 2 lg(Fr) = - 0,97793 + (- 0,97793 )2 - 4 × 0,00039233 × 0, 2404 - 2 × 0,00039233 = 0, 24585 w = 10 0,24585 × 9,81 / 0,75 = 4,8 1/c. Швидкість обертання барабана у період завантаження підтримують не нижче величини w1, яку визначають у такій спосіб: w = (1,3...1,5 )w = (1,3...1,5 ) × 4,8 = 6,24...7,2 1/c. Швидкість обертання барабана після завершення завантаження в процесі підготування знижують не нижче величини w2 = w = 4,8 1/c. Розпушування починають після завершення завантаження. Здійснення заявленого способу дозволяє підвищити продуктивність і ефективність активації та знизити її енерговитрати і динамічне навантаження обладнання. Джерела інформації: 1. Патент України № 6505А, кл. В 28 С 1/10, 1994, Бюл. № 8-1. 2. Патент України № 51794, кл. В 02 С 15/06, В 28 С 1/10, 2002, Бюл. № 12. 3. Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. - М.: Недра, 1990. - с. 187-189. 4. Науменко Ю.В. Кінематичні та динамічні параметри руху сипкого матеріалу в горизонтальному обертовому циліндрі // Збагачення корис. копалин. -1999. - Вип. 5(46). - с. 45-54. 5. Науменко Ю.В. Режимный гистерезис вязкого течения со свободной поверхностью в горизонтальном вращающемся цилиндре // Прикл. гідромеханіка. -2001. -Т. 3(75), № 2. - с. 25-31. 6. Болотских Н.С., Федоров Г.Д., Савченко А.Г. и др. Рациональные режимы активации металлургических шлаков в агрегате барабанно-валкового типа // Вести. БГТУ им. В.Г.Шухова. - 2003. - № 6. Ч. 3. - с. 259-261. 7. Голованов Ю.В., Ширко И.В. Обзор современного состояния механики быстрых движений гранулированных материалов // Механика гранулированных сред: Теория быстрых движений: Сб. статей. Пер. с англ. / Сост. И.В.Ширко. -М.:Мир, 1985. - с. 271-279. 9 Комп’ютерна в ерстка А. Крижанівський 71771 Підписне 10 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601