авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

В.С. Прокопец, Е.А. Бедрин

Механоактивационная технология

получения минерального вяжущего

на основе кислых зол ТЭЦ

Учебное пособие

Учебное издание

Прокопец Валерий Сергеевич,

Бедрин Евгений Андреевич

Механоактивационная технология

получения минерального вяжущего

на основе кислых зол ТЭЦ

Учебное пособие *** Редактор И.Г. Кузнецова *** Подписано к печати 2003 Формат 60 90/16. Бумага ксероксная.

Оперативный способ печати.

Гарнитура Таймс.

Усл. п.л. 5, 5, уч.– изд. л.

Тираж 350 экз. Заказ.

Цена договорная.

Издательство Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии 644099, Омск, ул. П. Некрасова, Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ 644099, Омск, ул. П. Некрасова, УДК 621.926.323. ББК 38.32: 38.300. П Рецензенты д-р техн. наук, проф. Н.А. Машкин канд. техн. наук, доц. А.А. Миронов канд. техн. наук, проф. В.П. Никитин Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия для специальности 291000 "Автомобильные дороги и аэродромы" Прокопец В.С., Бедрин Е.А. Механоактивационная технология получения ми нерального вяжущего на основе кислых зол ТЭЦ: Учеб. пособие.– Омск: Изд-во Си бАДИ, 2003. – с.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обу чающихся по строительным и механическим специальностям. Показана перспектива использования механохимической активации минеральных веществ для целей дорож ного строительства. На примере дезинтеграторов рассмотрены конструктивные осо бенности активаторов. Показаны основные принципы определения рациональных ре жимных и конструктивных параметров дезинтегратора.

Рассмотрены свойства материалов, используемых для приготовления вяжущего на основе кислых зол по дезинтеграторной технологии. Приведены сведения о физико механических свойствах золоцементного вяжущего и укрепленных грунтов на его осно ве. Особое внимание уделено кинетике изменения свойств механоактивированного золо цементного вяжущего.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 291000 "Автомо бильные дороги и аэродромы", а также для научных сотрудников и аспирантов, зани мающихся исследованиями в областях: получения вяжущих веществ на основе кислых зол и оптимизаций параметров оборудования для тонкого и сверхтонкого помолов ми неральных материалов.

Табл. 21. Ил. 35. Библиогр.: 143 назв.

ISBN 5-93204-122-6 В.С. Прокопец, Е.А. Бедрин, Издательство СибАДИ, Министерство образования РФ Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) В.С. Прокопец, Е.А. Бедрин Механоактивационная технология получения минерального вяжущего на основе кислых зол ТЭЦ Учебное пособие Допущено УМО вузов Российской Федерации по образованию в области железнодорожного транспорта и транспортного строительства в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности "Автомобильные дороги и аэродромы" направления подготовки дипломи рованных специалистов "Транспортное строительство" Омск Издательство СибАДИ ВВЕДЕНИЕ Увеличение объемов строительства, требования экономики обуславли вают необходимость внедрения более экономичных технологий при про изводстве работ в дорожном строительстве с одновременным улучшением качества строительных материалов. Одной из важных тенденций, направ ленных на совершенствование существующих технологий, является реше ние важнейшей задачи использования материальных ресурсов с широким вовлечением в хозяйственный оборот вторичных материальных и топлив но-энергетических ресурсов, а также попутных продуктов, развитие мощ ностей по производству дорожно-строительных материалов с использова нием золы и шлаков тепловых электростанций. С учетом вышеизложенно го исследование направлений и методов широкого рационального исполь зования в дорожном строительстве таких попутных продуктов электро энергии, какими являются золы и шлаки от сжигания твердых видов топ лива на тепловых электростанциях, является актуальным.

Одним из вариантов применения в дорожном строительстве золы ТЭС является ее использование в качестве наполнителя для цемента при укреп лении грунтов, что позволяет понизить стоимость работ по устройству до рожной одежды. Однако при добавлении золы в вяжущее для сохранения его реакционной способности на прежнем уровне необходимо применение новых технологий, отличных от неэкономичной тепловой обработки. Од ной из таких новых технологий может являться предварительная механи ческая обработка путем измельчения. В процессе диспергирования можно выделить два основных этапа. Первый – разрушение частиц внешней си лой, приложенной обычно к их совокупности. Второй – агрегация частиц, как самопроизвольная, так и вызванная внешними сжимающими усилия ми. Изучение диспергирования связано, следовательно, с проблемой проч ности твердого тела и проблемой агрегативной устойчивости. Наряду с диспергированием и агрегацией при измельчении, как и при всяком другом виде механической обработки, происходит изменение кристаллической структуры и энергетического состояния поверхностных слоев частицы – механическая активация твердых тел.

Необходимо отметить, что механическая активация может решать са мые разнообразные задачи: повышение реакционной способности твердых тел, изменение структуры, ускорение твердофазных реакций и т.д.

До настоящего времени перспективность активации измельчением оп ределялась в основном применением в добывающей, химической и в неко торой степени строительной индустриях. Интенсивное развитие разрабо ток помольных аппаратов-активаторов большой производитель- ности по зволило успешно их использовать в таком материалоемком производстве, каким является дорожное строительство.

Одним из ярких представителей помольных устройств класса "Измель читель-активатор" является дезинтегратор – высокоскоростная ударная мельница, которая с обычным помолом инициирует механохимические процессы, увеличивающие реакционную способность материалов, в том числе и минеральных.

Зная процессы, происходящие при изготовлении золоцементного вя жущего, инженер может легко организовать технологию его производства.

Это и обуславливает исключительную важность учебного пособия, где ав торами предпринята попытка определить возможные направления для по вышения эффективности процесса механоактивации золоцементных мате риалов.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТЕРМИНЫ Технология – наука о процессах и способах производства.

Физико-химическая механика – область знаний, основанная акаде миком П.А. Ребиндером, изучает механические свойства материалов, яв ляющиеся следствием физико-химических процессов.

Механохимия – область знания, которая занимается изучением физи ческих свойств тел и материалов при их разрушении.

Активация – процессы, ускоряющие химические реакции.

Механоактивация – очень сложный, многоступенчатый процесс из менения энергетического состояния материала в условиях подвода меха нической энергии. В ее основе лежит изменение реакционной способности твердых тел под воздействием механических сил. Осуществление актива ционных процессов происходит за счет энергии напряженного состояния измельчаемого материала, энергии упругих и пластических деформации.

Адсорбция – физико-химический процесс перемешивания молекул (ионов) из объема жидкости или газа на поверхность тела или другой жид кости (адсорбента) под действием сил притяжения, которыми эта поверх ность обладает. Природа адсорбционных сил многообразна: а) физическая адсорбция – обусловлена возникновением вандерваальсовой силы меж молекулярного притяжения и электростатическим притяжением разно именно заряженных молекул адсорбента и адсорбата б) хемосорбция – обусловлена возникновением валентных сил, возникающих при обмене электронами между молекулами (ионами) адсорбента и адсорбата с обра зованием химических связей.

Адгезия – прочность сцепления вяжущего (клея) со смачиваемой им поверхностью. Обусловлена физико-химическим взаимодействием вяжу щего и поверхности (электростатическим, валентным, а также межмолеку лярными, вандерваальсовыми силами притяжения).

Когезия – собственная прочность вяжущего как клея. Обусловлена его вязкостью, толщиной слоя или пленки, степенью ориентации молекул в них, адгезионным взаимодействием вяжущего со смачиваемой им поверх ностью.

Аутогезия – взаимодействие между частицами, определяет статиче ское и динамическое состояния порошков, их способность течь, условия внутреннего трения и сдвига, возможность сводообразования и зависания, истечение из отверстий, слеживаемость при хранении и ряд других явле ний, от которых зависит использование порошкообразных материалов.

Диспергирование – изменение, как макро-, так и микросвойств твер дого тела при механическом его нагружении.

Удар – явление, при котором за малый промежуток времени, почти мгновенно изменяется кинематическое состояние механической системы контактирующих тел (происходит мгновенное преобразование механиче ской энергии и возникают ударные импульсы в точках контактирования тел). Удар называется абсолютно упругим, если скорости до и после удара равны. Удар называется абсолютно неупругим, если скорость точки после удара равна нулю. В случае, когда отношение скоростей после и до удара находится от 0 до 1, то удар называют упругим.

Механоактивированное золоцементное вяжущее – неорганическое вяжущее вещество совместного помола цемента и наполнителя (золы).

Наполнители – порошкообразные материалы, частицы которых соиз меримы с частицами вяжущего вещества. Наполнители совместно с вяжу щим веществом участвуют в формировании микроструктуры матричной части и контактных зон в конгломератах. Обладая огромным потенциалом поверхностной энергии, наполнители становятся активными компонента ми при отвердевании вяжущих веществ в процессе формирования структу ры и свойств материала.

Укрепление грунтов – комплекс строительных операций по внесению вяжущих и других веществ, обеспечивающих существенное изменение свойств грунтов с приданием им требуемой прочности, деформативности, водо- и морозостойкости.

2. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ 2.1. Перспективы использования ЗШО ТЭЦ Мощное развитие электроэнергии в нашей стране, в первую очередь, основанной на применении твердых видов топлива, предопределило обра зование огромного количества попутных продуктов – зол и шлаков, зани мающих тысячи гектаров пахотной земли. Только в Омской области за год ожидается прирост зол и шлаков от омских ТЭЦ-2, ТЭЦ-4, ТЭЦ-5 около 2,3–2,6 млн т /1/. Необходимо отметить, что использование в народном хо зяйстве России только ежегодных выходов ЗШО порядка 45 млн т позво лит тепловой энергетике значительно уменьшить капитальные затраты на строительство и эксплуатационные расходы на содержание золоотвалов ТЭС и тем самым снизить себестоимость электрической и тепловой энер гии. Немалую прибыль получают и предприятия-потребители этих побоч ных продуктов ТЭС. Вместе с тем необходимость полного использования зол и шлаков диктуется особо важными природоохранительными требова ниями, изложенными в "Основах законодательства России о недрах", а также в Законе России "Об охране атмосферного воздуха". Так, организа ция золошлакоотвалов отрицательно отражается на продуктивности тех земель, где они размещаются. Атмосферный воздух в местах золоотвалов в летнее время обогащен пылевыми частицами, разносимыми ветром на зна чительные расстояния и отрицательно отражающимися на санитарно гигиеническом режиме окружающей природы и условиях жизни населе ния.

Возможность осуществления крупномасштабных мероприятий по применению зол и шлаков в строительстве обеспечивается результатами многочисленных исследований, технико-экономическими разработками, проектными материалами, технологическими указаниями, нормативами по оценке свойств зол и шлаков и пригодности их для использования в раз ных случаях строительства. Разработаны также ГОСТы, ОСТы и техниче ские условия на многие материалы и изделия из зол и шлаков. Из зол и шлаков возможно производство почти всей гаммы строительных материа лов, изделий и конструкций, необходимых при возведении жилых зданий, объектов промышленного, сельскохозяйственного назначения, гидротех нических, дорожных и т.п. сооружений (рис. 2.1).

Рассматривая проблемы использования золошлаковых отходов из от валов омских ТЭЦ при строительстве автомобильных дорог и других объ ектов, необходимо указать, что строительство автомобильных дорог тре бует расходования больших объемов дорожно-строительных материалов – грунта, щебня, песка, минеральных и органических вяжущих. Так, на строительство 1 км дороги в среднем расходуется 20–25 тыс. м3 грунта (в плотном теле), 2,5–3 тыс. м3 щебня, примерно столько же песка, 1 000– 400 т асфальтобетона или 1 500–1 800 м3 бетона. Если учесть, что в облас ти в ближайшие три года намечается ежегодно строить в среднем по км дорог с твердым покрытием и, кроме того, осуществлять реконструк цию и ремонт существующих дорог, то годовая потребность в основных дорожно-строительных материалах ориентировочно составит: грунта – около 10 млн м3, щебня и песка – по 1,1–1,3 млн м3, асфальтобетона – 0,4– 0,6 млн т.

Использование естественного грунта из боковых или сосредоточенных резервов (карьеров) для сооружения насыпей автомобильных дорог связа но с исключением значительных площадей земли из сельскохозяйственно го пользования, изменением естественного рельефа местности, учитывая, что рекультивация карьеров производится только в границах выработанно го пространства и с изменением гидрогеологических условий территории.

Это в конечном итоге ведет к нарушению экологического равновесия в районе строительства дороги.

Дороговизна других перечисленных дорожно-строительных материа лов, зачастую дальнепривозных, при недостатке денежных средств сдер живает темпы строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог, что ухудшает условия эксплуатации автотранспорта, затрудняет грузоперевозки и наносит ущерб экономике области.

Весьма эффективно использование золошлаковых смесей (ЗШС) гид роудаления из отвалов ТЭС для устройства различных укреплённых кон структивных слоев дорожных одежд.

Так, ЗШС с добавкой 4–6 % цемента или 3–5 % извести нашли широ кое применение при устройстве оснований автомобильных дорог. Извест но применение в основаниях автомобильных дорог и неукрепленных ЗШС, а также смесей с добавкой 25–50 % щебня.

Исследования, выполненные в своё время в СоюздорНИИ и его филиа лах, ГипродорНИИ, СибАДИ и других исследовательских организациях, позволили разработать более рациональные методы использования ЗШС при укреплении некоторых видов грунтов. Доказано, что наиболее эффек тивно использование этих отходов после гидроудаления совместно с це ментом при укреплении песчаных, супесчаных, а также крупнообломоч ных грунтов неоптимального состава. При этом было установлено, что эти отходы участвуют не только в физико-химическом взаимодействии с по верхностью грунта, но и одновременно способствуют заполнению межзер новых пустот грунта, что приводит к снижению пористости и увеличению плотности укреплённого материала. Отходы ТЭС, выполняющие роль гра нулометрической добавки, должны содержать частиц размером менее 0,071 мм не более 60 % и частиц крупнее 2 мм не более 5,0 %. При укреп лении песчаного грунта 4–6% цемента и 20–40 % золошлаковой смеси (по массе смеси) для супесчаного грунта количество цемента 6–7 % и золы 20– 30 %.

При оптимальном соотношении этих отходов и портландцемента мате риал приобретает высокий коэффициент морозостойкости (порядка 0,85– 0,94 %).

Исследования, выполненные в ГипродорНИИ, указывают на эффек тивность укрепления песчаных грунтов комплексными минеральными вя жущими веществами, например золоизвестковоцемент ными. В этом случае уверенно получают материал 2-го класса прочности.

Широкое применение в дорожном строительстве получили отвальные золошлаковые смеси Украины. Их использовали на строительстве дорог в качестве самостоятельного материала, в смесях со щебнем, гравием и с различными грунтами в укреплённом и неукреплённом виде. Из неукреп лённых ЗШС устраивались подстилающие и нижние слои оснований на дорогах областного и местного значения.

Смеси, применяемые для устройства конструктивных слоев дорожных одежд, включают 10–40 % золы, минеральное вяжущее и заполнитель из песка или легкого грунта. Укрепляют золошлаковые смеси либо готовым известково-цементным вяжущим, либо путём одновременного или после довательного введения в укрепляемую смесь заданного количества извести и цемента. Золошлаковые смеси, укрепленные известково-цементным вя жущим, допускается использовать для строительства оснований на авто мобильных дорогах III –IV технической категорий, а также покрытий на дорогах местного значения, расположенных во II–IV дорожно климатических зонах.

Наиболее простым способом укрепления грунтов, как указывает Н.Ф.

Глущенко, является смешение грунта с золошлаковым материалом, увлаж нение смеси известковым молоком (из расчёта до 4 % СаО) и последую щим уплотнением.

В последние годы проводятся исследования по выявлению возможно сти получения малоактивного вяжущего с использованием кислых зол, шлаков и ЗШС гидроудаления ТЭС и применения их в дорожном строи тельстве. Предложено ЗШС гидроудаления молоть совместно с малыми дозами цемента и извести и получать малоактивное вяжущее, обеспечи вающее при укреплении различных материалов получение долговечных конструктивных слоев дорожных одежд.

Известны результаты научно-исследовательских работ по использова нию золы и золошлаковых материалов даже экибастузских углей для по лучения на их основе гидравлических вяжущих, пригодных для производ ства строительных работ.

Из вышеизложенного следует, что замена природных каменных мате риалов золами-уноса ТЭС, несомненно, приведет к повышению темпов до рожного строительства.

2.2. Гидравлическая активность зол Важнейшим свойством золошлаковых отходов, обуславливающим возможность их практического применения в качестве компонентов вяжу щих веществ, является их гидравлическая активность. Реакционная спо собность сырьевых смесей зависит от заданного химического состава вя жущего;

условий, в которых ведется синтез;

минералогической природы сырьевых компонентов, их удельной поверхности, количества примесей в них, реакционной способности компонентов;

тонкости измельчения сырь евой смеси.

Аморфные продукты термической обработки зольной частицы способ ностью к непосредственному присоединению воды, как правило, не обла дают. Это свойство характерно для свободных оксидов кальция и магния, а также ортосиликатов этих элементов, возникающих при сжигании топлива с высококальциевой зольной частью. В то же время аморфные компоненты зол и топливных шлаков обладают высокой пуццоланической активно стью. Она определяется присутствием в составе зол и шлаков аморфных продуктов термической обработки кристаллических алюмосиликатов, де гидратированного глинистого вещества типа метакаолинита, сохранившего частичную упорядоченность кристаллической решетки, аморфных SiO2, Al2O3, алюмосиликатных стекол.

В УралВТИ им. Дзержинского было изучено большое число проб золы и шлака, отобранных непосредственно на ТЭС, в том числе ТЭЦ «Омск энерго», сжигающих топливо различных месторождений России и СНГ.

При этом исследовались химический и фазово-минералогический составы, содержание свободного оксида кальция, горючих по потерям массы при прокаливании, температуры плавления.

В зависимости от соотношения кислотных и основных окислов золы делятся на кислые и основные по модулю основности:

CaO MgO.

M0 М01 – основная;

SiO 2 Al 2 O М01 – кислая.

В соответствии с этим к основным золам, имеющим модуль больше единицы, относятся березовские угли Канско-Ачинского бассейна, содер жащие в своем составе свободный оксид кальция. К кислым золам, имею щим модуль меньше единицы, относятся золы кузнецкого и экибастузско го углей, не содержащих свободного оксида кальция в практических коли чествах. В кислых золах, как правило, отмечается менее 10 % оксида каль ция при наличии кислых оксидов более 70–80 %.

В основных золах содержание оксида кальция может достигать 50–60 %, а свободного оксида кальция – до 30 %. Необходимо отметить, что в учебном пособии в дальнейшем будут изучены только кислые золы омских ТЭС.

Характер взаимодействия компонентов зол и шлаков с водой и водны ми растворами Cа(OH)2 и добавок (гипса, различных солей) при твердении вяжущих зависит, в первую очередь, от соотношения растворимости реа гирующих веществ. При большом различии в растворимости взаимодейст вие и выделение новообразований осуществляется на поверхности трудно растворимых компонентов. Сравнительная растворимость минералов глин и продуктов их обжига, как полевых шпатов или слюд, резко возрастает с ростом температуры раствора и его щелочностью. Применение тепловой обработки резко увеличивает активность аморфизации и плавления глини стого вещества, в связи с чем возрастают скорость и объем поглощения ок сида кальция из раствора этими минералами. При этом в наибольшей сте пени повышается активность спекшихся и остеклованных аморфных фаз, характеризующихся малой удельной поверхностью. Термически обрабо танный кварц благодаря повышенной растворимости взаимодействует с гидроксидом кальция, образуя гелевидные низкоосновные гидросиликаты кальция группы С - S - Н. Исходный же кварц, не подвергавшийся обжигу, в этих условиях почти инертен.

С увеличением температуры твердения вяжущих с активными алюмо силикатными фазами от 20–50 до 90–100 0С повышается содержание в це ментирующем веществе субмикроскопических новообразований – гидро силикатов кальция группы С - S - H – и уменьшается количество хорошо окристаллизованных гидроалюмосиликатов кальция – гидроагрегатов, что существенно улучшает свойства продуктов твердения бетонов, их содер жащих.

Исследования, проведенные во ВНИИГе, показали перспективность совместного тонкого измельчения минерального вяжущего с золой, т.е.

механоактивации. При этом гидравлическая активность зол изменяется в результате поглощенной упругой энергии, подводимой от измельчителя.

Механохимическая активация золы приводит к значительным изменениям их физико-химических свойств. В частности, происходит увеличение кон центрации парамагнитных центров, увеличение выхода растворимых про дуктов, качественный состав которых значительно отличается от таковых в исходной золе. Все эти изменения обусловлены совокупностью различных факторов. Во-первых, уменьшением размеров зольных частиц (повышени ем степени их дисперсности), а следовательно, увеличением удельной по верхности. Во-вторых, путем разрушения ранее недоступной инертной оболочки золы получаем более активную аморфную фазу. Л.Д. Гольд штейн отмечает, что посредством механоактивации в значительной степе ни интенсифицируется взаимодействие оксида кальция с кремнеземом. В результате этого механическая активация золошлаковых отходов оказыва ет влияние на количественный и качественный составы получаемых из них вяжущих веществ и бетонов в процессах последующей переработки. При этом помол можно осуществлять с химическими добавками, которые мо гут способствовать увеличению активности вяжущего на основе золы, а также регулировать физико-химические свойства данного вяжущего в за висимости от его дальнейшего применения.

Кроме тепловой и механической активации золоминерального вяжуще го, возможно повышение гидравлической активности данных вяжущих в электрических и магнитных полях, а также применение поверхностно активных веществ, однако данные способы активации имеют ряд сущест венных недостатков /2/ по сравнению с механоактивацией. Так, при при менении химических добавок к золоматериалам немаловажное значение имеют доступность той или иной добавки, а также последствия ее исполь зования (коррозия оборудования и др.).

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕХАНОАКТИВАЦИИ НЕОРГА НИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 3.1. Существующие представления о механоактивации минераль ных материалов Механическая обработка с целью диспергирования и активации явля ется одной из важнейших технологических операций. Так, занимаясь сис тематизацией химических наук на основе энергетического подхода, В.Оствальд впервые обосновал наличие особого класса химических про цессов – механохимических. Для конца XIX в. было характерно появление принципиально новой науки – механохимии неорганических веществ. Од нако необходимо отметить тот факт, что теория механохимии не нашла широкого применения, что было обусловлено отсутствием соответствую щего технологического оборудования.

Интенсивное развитие потребностей промышленности в тонкодис персных материалах в последние годы повлекло за собой необходимость конструирования и изготовления в больших количествах специализиро ванной измельчающей техники, что в конечном итоге привело к принци пиально новому витку в развитии механохимии неорганических веществ.

Свидетельством стремительного развития числа исследований по механо химии является проведение различных совещаний, появление большого числа статей, обзоров и монографий во всех странах мира.

Среди них следует отметить работы ученых, представляющих различ ные научные школы: Е.Г. Аввакумова /3/, В.В. Болдырева /4/, Н.Г.

Каказея /5/, В.И. Молчанова /6/, Г.С. Ходакова /7/, П.А. Ребиндера /8/, А.А.

Хинта /9/ и других. В результате проведенных исследований отмечается тот факт, что физико-химические явления, обусловленные механическим воздействием на твердые тела, особенно интенсивно проявляются в про цессе измельчения веществ. Благодаря существованию механической ак тивации появляется возможность решения самых разнообразных научных задач: повышение реакционной способности твердых тел, изменение структуры, ускорение твердофазных реакций и т.д. Согласно определению, данному академиком П.А. Ребиндером, «цель механохимии состоит в ис пользовании или предотвращении тех химических реакций, которые вызы ваются или ускоряются механической активацией». Основными задачами механохимии являются: 1) изучение механизма реакций, происходящих в результате механического воздействия на вещество;

2) выяснение причин, в силу которых реакционная способность твердых веществ изменяется в результате механического воздействия.

Еще недавно считалось общепринятым, что основной причиной возбу ждения химических реакций при механическом воздействии на твердое те ло является воздействие выделяющейся при этом теплоты. Считалось так же, что главная причина влияния предварительной механической обработ ки на реакционную способность твердых веществ заключается в том, что при механической обработке происходит диспергирование, что приводит к увеличению поверхности вещества и соответственно скорости реакции.

Вышеуказанные предположения оказались неоправданными после то го, как в механохимии неорганических веществ, начиная со второй поло вины ХХ века, стали проводиться детальные исследования механизмов ме ханохимических процессов. Доказано, что ряды механохимической и тер мической стабильности однотипных соединений не совпадают. Более того, оказалось, что в некоторых случаях продукты механического и термиче ского разложения различаются. Это свидетельствует о том, что механизмы механохимических процессов достаточно специфичны и не сводятся к инициированию химических реакций, выделяющихся при механической обработке теплом.

Экспериментальные данные, свидетельствующие о специфике механо химических процессов, привели к созданию модели механической актива ции. Суть ее заключается в следующем: в результате механического воз действия в определенных областях твердого вещества создается поле на пряжений. Релаксация поля напряжений может происходить несколькими путями: выделение тепла, образование новой поверхности, образование различного рода дефектов в кристаллах, возбуждение химических реакций в твердой фазе. Преимущественное направление релаксации зависит от свойств вещества, условий нагружения и свойств частицы.

По мнению В.В. Болдырева, анализ процессов, происходящих в твер дых телах во время их механической обработки, показывает, что сущест вуют два основных физических процесса, которые способствуют возбуж дению химических реакций в твердых телах: деформация кристаллов и их излом. В ходе этих процессов выделяется тепло, возникают сдвиговые на пряжения и разрушение кристаллов, обычно сопровождающиеся локаль ным подъемом температуры и давления, эмиссией света и электронов, раз рывом химических связей на вновь образованных поверхностях и форми рование вследствие этого центров с повышенной активностью. При этом основными химическими реакциями являются процессы, протекающие на контактах между частицами твердого вещества и в носке трещины, также следует отметить, что особенно важным является возникновение активных центров на свежеобразованных поверхностях.

Влияние предварительной механической обработки на реакционную способность твердых тел – особая область механохимии неорганических веществ, примыкающая к тем разделам химии твердого тела, которые по священы методам регулирования реакционной способности твердых ве ществ.

Как известно, между механизмом реакции и влиянием на реакционную способность дефектов существует определенная связь: в зависимости от особенностей механизма процесса скорость его будет в наибольшей степе ни чувствительна не ко всем дефектам, а к определенному их сорту.

Существует два подхода к оценке влияния предварительной механиче ской обработки на реакционную способность твердых веществ. В первом учитывается общее увеличение запаса свободной энергии твердого веще ства в результате увеличения как энтальпийного, так и энтропийного члена в ходе обработки. Увеличение активности вследствие механической обра ботки как для изотермических, так и для эндотермических реакций всегда ведет к увеличению скорости реакции.

При другом подходе учитываются связи между свойствами отдельных видов дефектов, возникающих в твердом теле при механической обработ ке, и специфическими особенностям в твердой фазе.

Основными видами дефектов, возникающих в результате механиче ской обработки, являются следующие: 1) образование новой поверхности (диспергирование);

2) сдвиговые напряжения в решетке и искажения типа дислокации;

3) образование твердых продуктов механохимических реак ций.

В соответствии с этим все экспериментальные методы исследования направлены либо на определение запаса избыточной энергии, полученной твердым веществом в результате обработки, либо на установление вида, концентрации и характера распределения в твердом теле дефектов, обра зующихся при механическом воздействии.

Поскольку механическая обработка обычно проводится в измельчи тельной аппаратуре, следует учитывать особенности процессов, которые при этом протекают. Одна из таких особенностей – импульсный характер процессов, который в ряде случаев может служить объяснением специфи ки протекания механических реакций. Суть кинетического подхода заклю чается в следующем: возникновение поля напряжений происходит только в момент соударения частиц и в некоторый промежуток времени после со ударения. Поэтому для получения ожидаемого после механической обра ботки результата важно учитывать характер формирования поля напряже ний во времени и кинетику последующих релаксационных процессов.

В настоящее время среди исследователей нет единого мнения о меха низме инициирования механических реакций. К настоящему времени вы кристаллизовались в основном три гипотезы относительно достижения ак тивации поверхностных атомов за счет механической обработки.

По первой, которую можно назвать "тепловой", считается, что энергия активации химических процессов, протекающих при измельчении, обеспе чивается теплом, выделяющимся при трении или соударении частиц из мельчаемого вещества. А. Смекалом развито представление об атермиче ском плавлении. Аналогичные представления развивались позднее Ф.П.

Боуденом, Р.А. Тиссеном, П.Ж. Фоксом.

Во второй гипотезе, "дислокационной", считается, что активация про исходит за счет энергии выходящих на поверхность дислокаций при пла стической деформации частиц измельчаемого вещества.

В третьей гипотезе активация химической энергии связывается со "сбросом" упругой энергии в момент разрушения твердого тела и с образо ванием короткоживущих активных центров. Основные положения этой теории сформулированы П.Ю. Бутягиным.

Вышеуказанные три подхода к объяснению механизма механохимии не противоречат друг другу. Е.Г. Аввакумов отмечает ряд общих моментов в теориях инициирования механохимических реакций. Согласно дислокаци онной теории, примерно 70 % поверхностных атомов могут быть переве дены в активное состояние, т.к. находятся в зоне действия упругих напря жений вокруг деформаций дислокаций, выходящих на поверхность при пластической деформации твердого тела. Это сближает дислокационную теорию с теорией короткоживущих центров, согласно которой активными в момент разрушения являются все атомы поверхности.

С другой стороны, можно выделить ряд общих моментов в тепловой и дислокационной теориях при объяснении механохимического разложения веществ, а именно: допускается существование высоковозбужденных не равновесных состояний, вызванных в первом случае взаимодействием дислокаций друг с другом и генерацией высокочастотных фонов, а в дру гом – локальным подъемом температуры на поверхностях разрушения. Не обходимо отметить, что на сегодняшний день наиболее универсальный ха рактер носит дислокационная теория, однако в ряде случаев применимы и модели тепловой теории, и теория короткоживущих центров.

Наряду с чисто научным изучением механохимии неорганических ве ществ проводятся исследования и по применению этого метода в промыш ленности. Общие принципы применения механохимии в промышленности рассмотрены в работе Е.Г. Аввакумова. В работе А.А. Хинта говорится о том, что наряду с тремя существующими технологиями (изменением тем пературы и давления, диспергацией и катализом) разработан четвертый компонент технологии – активация веществ при помощи существенных механических энергий, который становится весьма актуальным. Благодаря появлению активации предоставляется возможность производить необхо димые потребительские материалы, обладающие конкурентоспособным качеством и относительно невысокой ценой. Первые попытки применения механохимии в области строительных материалов относятся к механохи мической активации компонентов вяжущих смесей. Так, активируя кварц, можно повысить качество материалов, которые готовят на его основе /10/.

Применение механической активации позволяет использовать новые ис точники сырья для производства строительных материалов (золу, бурый уголь и т.д.), создавать вяжущие вещества специального назначения. Из вестны факты получения цементного клинкера механохимическим безоб жиговым методом.

3.2. Элементы теории хрупкого разрушения твердых тел Существует широкий круг явлений хрупкого разрушения, для которых представления о критериях разрушения (теории прочности) не применимы.

Так, А.Ф. Иоффе обнаружил эффект увеличения прочности кристалла ка менной соли при растворении его поверхностных слоев. В научно технической литературе отмечены многочисленные случаи разрушения металлических конструкций при напряжениях, меньших условного преде ла текучести, а также многие другие явления разрушения, принципиально необъяснимые с точки зрения теории прочности /11/. Эти убедительные факты заставили ряд исследователей отказаться от галилеева представле ния о прочности как о некоторой константе материала.

Это направление в механике разрушения основано на изучении самого процесса разрушения. Оно берет начало от работ А.А. Гриффитса, который в 1920 г. впервые установил энергобаланс процесса образования трещины.

Теория Гриффитса позднее подвергалась уточнениям и дополнениям П.А.

Ребиндером, Х. Румпфом и другими исследователями с учетом пластиче ской деформации и других явлений, вызывающих трещинообразование.

По физической теории разрушения, для возникновения и развития трещины, приводящей к излому, должны быть выполнены силовое и энер гетическое условия. Сущность силового условия состоит в том, что по факту излома должны быть преодолены молекулярные силы сцепления, т.е. для образования трещины внешние силы удара должны превышать ко гезионные силы тела. В случае хрупкого разрушения это значит, что мест ные растягивающие напряжения должны достичь молекулярной разрывной прочности. По энергетическому условию, требуется, чтобы при бесконеч но малом увеличении длины трещины подводимая и потребляемая энергии были равны.

Из данных условий теории хрупкого разрушения можно определить критическую нагрузку Р, при которой трещина начинает расти, а также скорость роста трещины :

Р 2Е / l ;

(3.1) 2 Е (1 l0 / l ), (3.2) где – удельная поверхностная энергия (энергия, затрачиваемая на обра зование единицы новой поверхности твердого тела);

Е – модуль упругости (модуль Юнга);

l – длина трещины;

– плотность вещества, в котором образуется трещина.

При этом процесс разрыва связей в твердом теле зависит от времени взаимодействия между частицами. Эта зависимость описывается в кинети ческой теории прочности твердых тел и записывается в виде уравнения d 1 dU, (3.3) где d – изменение долговечности;

1 – энергетический коэффициент;

du – изменение энергии иона (или другой частицы, составляющей твердое те ло).

Из выражения (3.3) видно, что изменение долговечности связи ионов в твердом теле непропорционально изменению энергии, которая относится к данной паре ионов.

Перепишем выражение (3.3), разделив переменные:

d / 1dU. (3.4) Проинтегрировав, получим ln 1U c B. (3.5) где Uс – энергия связи ионов;

В – постоянная интегрирования.

Положим, что Uс = 0;

0, где 0 – время, в течение которого ионы разойдутся один от другого, что будет означать разрыв связи.

При этом B ln. (3.6) Введя значение В в уравнение (3.5), получаем ln 1U c ln 0, (3.7) или ln ln 0 1U c. (3.8) Выражение (3.8) можно записать так:

ln / 0 1U c. (3.9) Потенцируем уравнение (3.9):

/ 0 e1U c, (3.10) или 0e1U c. (3.11) Величина Uc состоит из двух частей:

U c U 0 1, (3.12) где UO – энергия межатомных (межионных) связей, совпадающая по вели чине с энергией сублимации вещества;

– напряжение растяжения в твердом теле;

1 – структурный коэффициент.

Из выражения (3.12) следует, что растягивающие напряжения умень шают энергию связи ионов в твердом теле.

Из соображений размерностей и физического смысла формулы (3.11) 1 (kT ) 1, (3.13) где k – постоянная Больцмана;

Т – абсолютная температура тела;

kT – средняя энергия, приходящаяся на одну частицу твердого тела (ион или атом) при температуре тела Т.

Таким образом, с учетом значений U0 и 1 из выражения (3.11) полу чим U 0 exp 0 1. (3.14) kT Выражение (3.14) определяет время, в течение которого твердое тело выдерживает напряжение при температуре Т до разрушения, т.е. его долговечность.

Опыты показали, что 0 равно периоду колебаний опытов в твердом теле, т.е. 0 =10-12…10-13 с. Поэтому выражение (3.14) описывает вероятно стный процесс разрыва связей ионов (атомов) вследствие термических флуктуаций. Разрыв связей приводит к образованию зародышевых трещин, которые, в конце концов, обусловливают разрушение твердого тела вслед ствие их роста. Выражение (3.14) описывает кинетику разрушения – нако пление разорванных связей во времени. Из рассмотрения колебаний ато мов в твердом теле получено выражение для 1 :

fa 1 D, (3.15) g где f и g – соответственно упругий и ангармонический коэффициенты;

а – межатомное расстояние;

D – коэффициент локальной перегрузки на месте разорванной связи, т.е. коэффициент концентрации напряжений.

D a /, (3.16) где а и - соответственно локальное и среднее напряжения.

Воспользуемся постоянной Грюнайзера для твердого тела:

G Ea 3 / c, (3.17) где – коэффициент линейного теплового расширения;

Е – модуль Юнга;

а3 – объем, приходящийся на один атом;

с – атомная теплоемкость.

Постоянную Грюнайзера выразим через 1, используя выражение (3.15), т.е.

Ea 3 / c ga / f. (3.18) С учетом выражения (3.15) получим 1 сD /(E ). (3.19) Из уравнения (3.17) следует, что 1 определяет величину локальной пе регрузки. Для трещины величину D можно выразить D 1 2 2l / a, (3.20) где а – постоянная кристаллической решетки. Поскольку 2l 10 см, а = 10-7, единицу можно отбросить:

D 2 2l / a. (3.21) Введем это значение D в условие (3.20) 2c 2l / a 1. (3.22) E Далее, введя значение (3.22) в выражение (3.14), определим критиче скую длину трещины:

E a ( U 0 kT ln ) 2c 0 l. (3.23) Из выражения (3.23) следует, что при увеличении напряжения, дейст вующего на твердое тело, критическая длина трещины, при которой про исходит химическое взаимодействие реагирующих веществ, уменьшается.

С другой стороны, при увеличении энергии межатомных связей критиче ская длина трещины увеличивается. Таким образом, данное выражение объединяет кинетическую теорию и теорию разрушения твердых тел с трещинами: трещины создают концентрацию напряжений, а докритиче ские трещины растут за счет температурных флуктаций, которые разрыва ют связи между ионами (атомами) в устье трещины.

Особое внимание следует обратить на значение времени приложения нагрузки: увеличивая это время, можно ускорить протекание химической реакции.

Кинетическая теория однозначно рекомендует целесообразность при менения длительно действующей механической нагрузки, что позволит снизить затраты энергии при активации химической реакции.

Поскольку механическая обработка обычно проводится в измельчи тельных аппаратах, следует учесть и еще одну особенность этого процесса:

его импульсный характер, что в ряде случаев может служить объяснением специфики протекания механохимических реакций.

Несколько идеализируя условия, считая в механическом активаторе процесс импульсным и строго периодическим, можно представить измене ние некоторого параметра, обусловливающего изменение свойства твердо го тела в ходе механической обработки так, как показано на рис. 2.5.

Очевидно, химический процесс, возбуждаемый изменением этого свойства (например, температуры, давления, сдвиговой деформации и т.д.), может идти не все время пребывания вещества в реакторе t, а только в те чение времени 1. Тогда истинное время реакции может быть определено как = t / (0. 1), (3.24) где t/0 – число импульсов;

1 – продолжительность каждого импульса.

Если нас интересует кинетика процесса, то мы должны знать, во первых, число импульсов, воздействующих на твердое тело;

во-вторых, продолжительность каждого импульса;

в-третьих, возможные каналы, по которым будет релаксировать запасенная в момент механического воздей ствия на твёрдое тело энергия, и возможное время релаксации. Что касает ся каналов релаксации, то они могут быть самыми разными: энергия может расходоваться на образование новой поверхности, увеличение концентра ции дислокаций, переход в тепло, и, наконец, энергия может приводить к возбуждению химических реакций. Времена релаксации также могут быть самыми разными. В одних случаях это секунды, а в других – годы. Кроме импульсного характера механического воздействия, кинетическая модель должна учитывать его локальный характер, микрогетерогенность: процесс происходит не во всей массе твердого вещества, а лишь в особых точках на контактах или в носке трещин, т.е. там, где возникает и затем релаксирует поле напряжения. Каждая частица получает активацию как бы порциями, а процесс активации можно представить себе как прохождение системы че рез ряд стадий.

Необходимо отметить, что теоретические расчеты ряда работ /12, 13/, посвященных анализу кинематики роста трещин, показали, что оконча тельное выражение для долговечности определяется в основном энергети ческими параметрами уравнения (3.14). Поэтому основным вопросом тео ретической части учебного пособия является вопрос о величине энергии межатомных связей.

Рис.3.1. Импульсный характер воздействия при обработке материалов в дезинтеграторе 3.3. Теоретические положения процесса разрушения твердых тел при циклическом ударном нагружении В предыдущем параграфе рассматривались результаты изучения раз рушения твердых тел в условиях простейшего типа нагружения. Выбор простейшего случая был естествен при выяснении физических основ про цесса разрушения и нахождения общего вида зависимости долговечности от напряжения и температуры (3.14). Как следствие этого возникает задача найти взаимосвязь между физической основой кинетической концепции прочности и рядом областей и направлений в более широкой разработке физико-механической проблемы. Так, интерес к исследованию долговеч ности под нагрузкой при более сложных случаях нагружения, указанных в настоящем разделе учебного пособия, а также к изучению закономерно стей разрушения структурно-неустойчивых материалов очевиден как с на учной, так и практической стороны. Рассмотрению этой задачи и посвящен данный подраздел.

В.Р. Регель, объясняя процессы разрушения при статическом и цикли ческом характере действия нагрузки, исходил из концепции накопления повреждений в объеме материала, учитывающего во времени напряженное состояние тела. Так, при изучении временной зависимости прочности при сложных режимах нагружения было предложено исходить из принципа суммирования нарушений, т.е. из предположения о необратимости разру шающего действия нагрузки. Это предположение получило название кри терия Бейли, согласно которому за отрезок времени i происходит потеря ресурса длительной прочности t/ i, если флуктуационное разрушение происходило в это время со скоростью 1/ i. Полное разрушение образцов происходит при условии t 1, (3.25) i или в интегральной форме dt (t ) 1. (3.26) Подставляя в (3.26) вместо (t ) формулу для определения долговечно сти образцов (3.14) и учитывая зависимость от времени, получим выра жение для случая циклического нагружения tp dt 1.

(3.27) U 0 (t ) 0 exp RT (t) необходимо подставлять соответствую В формулу (3.27) вместо щую периодическую функцию от времени.

А.А. Хинт указывает, что воздействие бил дезинтегратора на измель чаемый материал носит синусоидальный характер, т.е. изменяется по закону (t ) (1 cos t ), (3.28) где – круговая частота циклического воздействия бил дезинтегратора.

Тогда время протекания химической реакции ц в материале при цик лическом на него воздействии механических ударов бил дезинтегратора на основании (2.31) и (2.32) можно определить по формуле tц dt tц U 0 (t ) 0 exp I 0 (i ) KT 2 KT, ц tц N ц t0 (3.29) exp x dt 3.29) U 0 ( t ) 0 exp KT где Nц – количество ударов бил дезинтегратора на измельчаемый материал;

t0 – период одного цикла;

I0 – функция Бесселя от мнимого аргумента.

При больших значениях х имеет место следующая асимптотическая формула:

exp x I 0 ( x) 1 0( x ), (3.30) 2x где 0( ) – бесконечно малая величина.

x После подстановки (3.30) в (3.29) получим N ц t ц. (3.31) 2 RT Выразив коэффициент из (3.31), получим следующие выражения:

Nt 2 RT ( ц 0 )2 ;

(3.32) ц 2 U0 U. (3.33) Если выражения (3.32) и (3.33) приравнять между собой, при этом ве личину 0 в выражении (3.33) взять равной пределу прочности материала при растяжении, то получим зависимость активации U от силы и времени приложения разрушающей нагрузки в виде Nt 2 RT U U 0 ( ц 0 )2, (3.34) ц 2R p где Rp – предел прочности материала при растяжении.

Решением данного уравнения применительно к обработке минераль ных веществ в дезинтеграторе будет являться определение внешнего на пряжения, возникающего в материале при соударении частиц о рабочие органы дезинтегратора.

4. ВЫБОР МЕЛЬНИЦ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗОЛОЦЕМЕНТНОГО ВЯЖУЩЕГО Существуют разнообразные способы получения дисперсных активиро ванных порошков твердых тел, однако механическое разрушение является одним из наиболее простых и распространенных. Для диспергирования твердых тел находят применение машины различных конструкций, разли чающиеся видом механического воздействия на вещество. В одном случае это может быть раздавливание, в других – удар, раскалывание, истирание и т.д. В современных измельчителях обычно сочетаются два или более видов таких воздействий для хрупких материалов, какими являются золошлако вые материалы, как правило, используются машины, в которых преобла дают раздавливающие ударные воздействия.

Одним из актуальных вопросов механохимии неорганических веществ является эффективное использование аппарата-активатора. В работах ряда авторов предпринимались попытки оценить эффективность механохими ческого действия различных процессов и аппаратов, исходя из того, что накопленная при механическом воздействии энергия идентична избыточ ной свободной энергии в теории активных твердых веществ. Предполага лось также, что накопление дефектов в процессе механической активации происходит по закону, описываемому уравнением первого порядка. Распо лагая экспериментальными данными по кинетике химических реакций в твердой фазе при различных степенях активирования, можно решать зада чу определения константы, характеризующей эффективность применения того или иного аппарата для проведения механической активации заданно го процесса.

Исходя из предположения о том, что влияние механической обработки на реакционную способность твердых веществ происходит по двум кано нам: диспергированию и активации, предпринимались попытки просле дить изменение этих величин в зависимости от интенсивности подвода ме ханической энергии, времени воздействия и релаксации воздействия, по ложения заданной точки в объеме частицы. Доказано, что активация с те чением времени стремится к насыщению. Кроме того, обнаружено, что в смеси активируются прежде всего крупные частицы. Экспериментально доказано, что при уменьшении размеров частицы запасенная в них энергия в результате механической активации снижается. Это указывает на необ ходимость учета при оценке эффективности использования аппаратов не только уровня подводимой энергии, но и возможности быстрой потери ее полностью или частично вследствие релаксационных процессов.


Можно утверждать, что в настоящее время отсутствует разновидность мельницы, которая позволила произвести эффективную замену всех видов измельчителей. Выбор мельниц для промышленных целей должен осуще ствляться с учетом конкретных свойств измельчаемого материала и усло вий его применения. Должны учитываться такие показатели, как дисперс ность, которую необходимо получить, размеры исходного материала, его механические свойства, реакционная способность, возможная степень за грязнения материала продуктами износа мельницы и мелющих тел, а также экономичность процесса измельчения, простота конструкции измельчае мой установки и надежность ее работы.

Если производится измельчение нескольких материалов, то необходи мо учитывать сложность равномерного распределения всех минералов по массе многокомпонентных сырьевых смесей, что характеризуется их мик ронеоднородностью состава и строения. В зависимости от условий полу чения порошкообразные смеси имеют различный гранулометрический со став, неодинаковые формы частиц и степень дефектности, что оказывает существенное влияние на последующие переработки. Получение гомоген ной смеси разнородных тонкодисперсных материалов осложняется не только колебаниями состава сырья, полиминеральностью и полидисперс ностью компонентов, но и тем, что порошок является активной систе мой, способной к саморегулиро ванию своих свойств и очень чувствительной к внешнему воздействию.

Агрегативная неустойчивость порошков обусловлена избытком поверхно стной энергии. Стремление дисперсной системы к понижению своей по верхностной энергии делает неизбежной стихийную агломерацию порош ков. Агломерация в значительной степени определяет поведение порошко образных материалов, возможность их переработки и использования.

Одновременно с диспергацией происходит агломерация частиц, обу словленная, в первую очередь, взаимодействием свободных смесей, возни кающих при механическом воздействии на тело. В результате при дости жении определенной удельной поверхности порошков она сохраняется стабильной, а при длительном измельчении возможно даже некоторое ее снижение, вызываемое агломерацией с образованием молекулярно плотных структур, устойчивых к внешним воздействиям. Их образованию способствуют механохимические реакции, обусловленные физическими процессами, происходящими при разрушении твердого тела и на контакте трущихся поверхностей частиц. Как правило, избежать агломерации при помоле невозможно, но она может быть уменьшена при использовании помольных камер небольшого диаметра, достаточно крупных мелющих тел, уменьшении длительности помола и введении добавок, препятствую щих агломерации и облегчающих измельчение.

В то же время установлена возможность образования в минеральном вяжущем агломератов с повышенной на 20–30 % химической активностью.

Тем самым управление процессом агломерации является одним из воз можных путей интенсификации совершенствования оборудования для производства дорожно-строительных материалов.

В настоящее время разработана большая номенклатура аппаратов для диспергирования. Отдельные типы аппаратов – вибрационный, струйный, дезинтеграторный – описаны в монографиях В.И. Акунова, А.Г. Логвиен ко, А.А. Хинта и других исследователей.

На сегодняшний день основным помольным агрегатом является шаро вая трубная мельница, что объясняется простотой ее конструкции, надеж ностью работы, достаточно большой производительностью. Однако только 2…20 % энергии, потребляемой шаровой мельницей, идет на измельчение материала, остальная энергия расходуется на трение, образование тепла, звука, вибрации, турбулентности потока, материала в мельнице, теряется в приводе мельницы.

Из современных представлений о строении твердых тел следует, что довольно грубое измельчение до частиц размером в десятые доли милли метра обычно не вызывает каких-либо затруднений, хотя на него прихо дится затрачивать солидное количество энергии. Однако при дальнейшем повышении тонкости помола расход энергии на измельчение резко возрас тает, в то время как коэффициент полезного действия и производитель ность мельницы существенно снижаются.

Несовершенство самого принципа измельчения в шаровой мельнице обусловило новые тенденции развития техники измельчения.

Наиболее объективным критерием оценки способа измельчения явля ется показатель, характеризующий, в какой степени затраченная на из мельчение энергия обеспечивает увеличение удельной поверхности твер дого тела. С. Баумгардт и другие исследователи показали, что для разру шения единичных металлических частиц и стеклянных шариков прираще ние удельной поверхности пропорционально удельной энергии и не зави сит от исходных размеров частиц. У. Хэзе утверждает, что независимость приращения удельной поверхности от исходных размеров частиц является лишь частным случаем. При разрушении больших зерновых коллективов, что соответствует реальным условиям при помоле, как раз исходный раз мер частиц существенно влияет на степень использования энергии для увеличения удельной поверхности. Это связано с увеличением склонности частиц к агломерации при уменьшении их размеров, что влечет за собой уменьшение удельной поверхности порошка при дальнейшем измельче нии.

У. Хэзе приводит зависимость изменения удельной поверхности от энергии измельчения раздавливанием:

э S m kUmm ' ;

D m 1 ;

k = соnst, (4.1) где Sm – приращение удельной поверхности, м2/кг;

U – энергия акти вации, Дж.

Для стеклянных шариков найдено m ' =1, а для чугунных m ' =0, что со ответствует закону измельчения Риттингера.

Экспериментально доказано, что при измельчении массы частиц зер нового коллектива с размерами 0,75...1,0 мм требуется значительно больше энергии, чем для разрушения единичных зерен.

Например, для кварца перерасход энергии для достижения приращения удельной поверхности, равной 200 м2/кг, составляет 40 Дж/кг, а для клин кера – 60 Дж/кг. При этом на основании экспериментальных данных ут верждается, что использование энергии для увеличения удельной поверх ности до 200 м2/кг в случае ударного воздействия выше, чем в шаровой мельнице.

С развитием новых способов измельчения исследователи стали больше уделять внимания побочным эффектам, проявляющимся в материалах при механических воздействиях, хотя многими учеными и раньше высказыва лись предположения, что способ измельчения должен влиять на физико механические свойства вещества, но только в 60-е годы были начаты рабо ты в этом направлении.

Как показывают эти исследования, измельчение представляет собой сложный процесс, на который оказывают влияние многие факторы, и его результатом является не только диспергирование, но и существенное из менение физико-химических свойств порошков.

Соотношение между отдельными статьями расхода энергии зависит главным образом от подведенной энергии, скорости и интенсивности воз действия, т.е. от выбора способа механического воздействия на твердое те ло.

Большинство минералов при механическом воздействии ведет себя, как хрупкие тела. Поэтому считалось, что получаемые значения прочности горных пород не зависят от скорости их нагружения.

Однако более точными экспериментами было установлено, что у высо копластичных металлов и более хрупких горных пород при увеличении скоростей нагружения свойства близки друг к другу.

По данным Г.С. Ходакова для не слишком больших скоростей дефор мирования очень хрупких материалов закономерности изменения и проч ности такие же, что и в статических условиях. Однако другими авторами показано, что при разрушении достаточно прочных и малопластичных по род динамическое нагружение менее энергоемко, чем статическое.

По мнению Н. Румпфа, это связано с влиянием упрочнения пластичных материалов при ударе. У. Хэзе, исследуя статическое и ударное нагруже ние кварца, известняка и цементного клинкера, показал, что для всех трех материалов характерен рост удельного сопротивления сжатию по мере из менения продолжительности измельчения, а его величина существенно не отличается для различных материалов. Автор объясняет этот факт тем, что более мелкие частицы обладают меньшими по размерам структурными дефектами и в меньшей мере пластично деформируются.

В зависимости от размера зерен для цементного клинкера удельная ре акционная сила r = F/M составляет: чтобы разрушить 50 % от общей массы зерен размером 10 мм необходимо r = 800 H/г, а для зерен размером 5 мм r = 1900 Н/г (F – сила разрушения, Н;

M – масса зерен, г).

Частицы размером менее 1 мкм при дальнейшем измельчении ведут себя как упругие тела независимо от их химической природы. Этот факт имеет большое значение для тонкого измельчения.

Опыты на стеклянных шарах показали, что измельчение раздавливани ем требует значительно большей энергии, чем нагружение ударом, осо бенно быстрым ударом.

Вывод Г.С. Ходакова о том, что затраты энергии при ударном разру шении хрупких тел и при статическом их раздавливании примерно одина ковы, что, видимо, справедливо лишь при небольших скоростях удара (ме нее 5 м/с), несостоятелен, так как в имеющихся в настоящее время дезин теграторах достигается скорость удара 300...400 м/с.

Способ ударного разрушения требует использования менее массивных, чем при раздавливании, аппаратов. Резкое уменьшение общей площади рабочих поверхностей в ударных мельницах позволяет изготовливать ра бочие детали из более дорогих износостойких материалов. Тем самым снижается загрязнение порошков продуктами износа и увеличивается срок службы машин.


Исследование влияния прочностных характеристик материалов и ре жимных параметров в центробежных мельницах на эффективность из мельчения показало, что пластичные вещества эффективнее измельчать в истирающем, а хрупкие материалы – в ударном режиме работы.

В связи с обнаруженными эффектами механоактивации твердых тел, обусловленными деструкцией кристаллической структуры, особую важ ность имеет вопрос о максимально возможной величине энергии, которую твердое тело способно аккумулировать в процессе измельчения.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что при рассмотрении задачи о механизме и закономерностях измельчения целесо образно принять в качестве характеристики измельчителя энергию, пере даваемую единице веса материала.

В настоящее время известно несколько экспериментально установлен ных законов измельчения (Риттингера, Бонда, Кирпичева-Кика и др.), каж дый из которых справедлив только в области достаточно грубой дисперс ности.

Во всех работах по теории измельчения не принималось во внимание, что разрушение твердых тел сопровождается пластической деформацией и т.д., на которую затрачивается некоторая доля подводимой к ним энергии.

Вся полезная работа измельчения складывается из работы диспергации (увеличение поверхности) и работы, необходимой для структурных изме нений. Если известно поверхностное натяжение (удельная поверхностная энергия), то можно рассчитать работу диспергации по формуле А0 s Mf, (4.2) где А0 – работа диспергации, Дж/г;

s – изменение поверхности, м2;

М – масса измельченного материала, кг;

f – переводной коэффициент.

Эксперименты при измельчении кальцита вибрацией показали, что всего 0,006 % затрачиваемой на измельчение энергии расходуется на уве личение прочности порошка, при этом КПД измельчения составляет 0, %.

В зависимости от условий нагружения до 30 % подводимой механи ческой энергии аккумулируется в измельчаемом материале. Однако суще ствуют представления, что при увеличении скорости механического воз действия величина накопленной энергии увеличивается и может достигать 60 % и более от подводимой к измельчителю энергии. Такой большой раз брос численных значений объясняется в первую очередь трудностью изме рений и неточностью расчета энергии, а также существенным влиянием условий проведения экспериментов.

Одной из самых первых теоретических зависимостей, устанавливаю щей математическую взаимосвязь работы дробления с природой разруше ния и технологическими условиями производства, является функция, оп ределенная проф. Ю.А. Веригиным /14/:

А р. ( К 1 К 2 К 3 ) dV К 4 ln К 5 dVdFdl. (4.3) Физический смысл коэффициентов можно охарактеризовать следую щим образом: коэффициент К1 определяет условия упругого и пластиче ского деформирования, создающие запас потенциальной энергии, необхо димой для обеспечения неблагоприятных условий разрушения объема dV до заданной степени измельчения i;

К 2 – величину дополнительного на пряженного состояния в объеме среды за счет температурных градиентов;

К3 учитывает дополнительный расход тепловой энергии, диссипирующейся в единице объема;

К 4 – молекулярно-кинетический оператор;

К5 – коэф фициент, определяющий условия экстремального хода процесса разруше ния межчастичных связей в веществе для достижения заданной тонины помола и степени измельчения материала.

Данная зависимость включает в себя сложно определяемые параметры, что, в свою очередь, приводит к невозможности ее применения на практи ке либо к искажению подлинного результата.

На основании научно-технического анализа измельчителей /15,16/, можно построить иерархическую зависимость значимости основных видов мельниц от показателей для их выбора при помоле золоцементных мате риалов (рис. 4.1).

По совокупности значимости характеристик наиболее эффективной мельницей для измельчения золоцементных материалов является дезинте гратор. По своей конструкции его можно разделить согласно рис.4.2 на од нороторные и двухроторные. При этом с точки зрения эффективности пе редачи механической энергии к измельчаемому материалу преимущество имеют двухроторные дезинтеграторные установки с двухсторонним вра щением роторов.

ФАКТОРЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА МЕХАНОАКТИВАЦИИ ЗОЛОЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ДЕЗИНТЕГРАТОРЕ Для выбора факторов эффективности механоактивации золоцементных материалов в дезинтеграторе рассмотрим динамику совершенствования дезинтеграторов на основе патентной информации за последние 25 лет с помощью программы расчета на ЭВМ, алгоритм которой приведен на рис.5.1.

Описание типа переменных и массивов Ввод исходной информации: к, массивы ti, Ni Блок формирования массивов Печать kи массивов ti, Ni Вычисление коэффициентов b, y0, yi, D Печать b, y0, yi, D D 95 % Вычисление массивовWi, zi,, коэффициентов r, p, g Печать массивов Wi, zi,, коэффициентов r, p, g Рис. 5.1. Блок-схема алгоритма для определения динамики патентования Отбор патентов осуществляется по смысловому содержанию и годам подачи патентов.

y1 yc bti, (5.1) y1 yc b(t t1 ), или (5.2) где yc – среднеарифметическое значение поданных патентов.

k y c yi / k. (5.3) i Коэффициент перспективности определяется следующим образом:

k k b у1 ус ti tc / ti tc. (5.4) i 1 i Далее проводится анализ полученных экспонент с помощью критерия Стьюдента, который определяется по зависимости D b / Sb, (5.5) где Sb – среднеквадратичное отклонение для коэффициента перспективно сти, k Sb S / (ti tc ) 2, (5.6) i здесь S – среднеквадратичное отклонение для линий регрессий, k yi ) 2 / k 1.

(y S (5.7) i Отбирались экспоненты, отвечающие на 95 % и более критерию Стью дента. Если этот критерий менее 95 %, то строится логистическая кривая (нарастающим итогом) с аппроксимацией зависимости вида e p gti Wi L e, (5.8) где Wi – число патентоспособных заявок, поданных за год;

p, g – искомые постоянные коэффициенты (параметры прямой линий регрессий).

L lim W. (5.9) Параметр L вычисляется из выражения L Wk, (5.10) где Wk – число патентоспособных заявок, поданных в конечный год, а также из условия максимальности коэффициента корреляций rпар ziti.

Дважды прологарифмировав обе стороны функции (5.7) и проделав элементарные преобразования, получем линейную функцию LnLnL / Wi p qti. (5.11) Обозначая p qti zi, получим zi LnLnL / Wi. (5.12) Коэффициент корреляции подсчитывается по формуле k 2 k 2 k 2 k k k k r k zi ti ti zi / k ti ti k zi zi. (5.13) i1 i1 i i i1 i1 i1 Параметры функций (5.11) находятся из выражений k k k k k p k z i t i t i zi / k t i t i ;

(5.14) i i 1 i 1 i 1 i k k k k k 2 q t i zi k zi t i / k t i ( t i ) 2. (5.15) i 1 i1 i1 i 1 i По вышеуказанной методике анализируется динамика патентования основных показателей совершенствования эффективности процесса меха ноактивации золоцементного материала в дезинтеграторе. Анализ технико экономических показателей выявляет, что тенденция, направленная на снижение металлоемкости, не находит в настоящее время должного вни мания у изобретателей (рис. 5.2).

LnN i Y 4 Y Y 1970-75 1975-80 1980-85 1985-90 1990- Годы Рис. 5.2. Динамика патентования повышения эффективности механоактивации дезинтеграторов по технико-экономическим показателям: Y1 – уменьшение металлоемкости (b=0,1);

Y2 – повышение производительности (b=0,18);

Y3 – уменьшение удельных энергозатрат (b=0,26) Это объясняется тем, что уменьшить металлоемкость можно либо за счет снижения веса, либо за счет повышения производительности мельниц.

Так, снижение веса дезинтеграторов можно достичь путем: 1) использова ния при их производстве легких материалов, но это приведет к повышению удельного износа;

2) компактности конструкции: а) преобразования при вода (например, установка роторов непосредственно на валах электродви гателей);

б) уменьшения габаритов мелющих органов, что повлечет за со бой уменьшение производительности. Учитывая также, что габариты и масса дезинтеграторов удовлетворяют технологической линии производ ства большинства дорожно-строительных материалов, можно сделать вы вод об отсутствии необходимости вести дальнейшую работу по совершен ствованию этого направления.

Повышение производительности также не является главным технико экономическим показателем, поскольку производительность дезинтеграто ров зависит от критической скорости соударения, выраженной через число оборотов рабочего колеса с внутренними пальцами, а также от основных размеров мелющего оборудования. При этом с увеличением скорости вра щения будет увеличиваться сопротивление воздуха, что потребует уста новки более мощных двигателей, а также будут меняться и другие конст руктивные параметры установки. Увеличение основных размеров мелю щего оборудования приведет к повышению металлоемкости и износа. По этому разрешить проблему данного направления можно лишь путем поис ка оптимальной скорости вращения роторов /17/.

Перспективным технико-экономическим показателем является умень шение удельных энергозатрат. Достаточно указать, что на измельчение (дробление) ежегодно тратится не менее 25 % всей производимой в мире энергии, включая энергию двигателей внутреннего сгорания. К сожале нию, необходимо отметить, что весьма значительная часть энергии затра чивается непроизводительно вследствие несовершенства самого помоль ного оборудования и несовершенства приводных систем. Также необходи мо отметить, что наметившиеся тенденции все более широкого примене ния тонкоизмельченного сырья тоже влекут за собой рост потребления энергии. Таким образом, значение энергозатрат на измельчение в дорож ном строительстве, ориентированное на самоокупаемость, очевидно. По этому в дезинтеграторах наряду с другими видами помольного оборудова ния наблюдается тенденция поиска новых технических решений, направ ленных на уменьшение удельных энергозатрат, что приведет к понижению себестоимости выпускаемой продукции.

Практика показывает, что технико-экономические показатели нераз рывно связаны с конструктивными. К важнейшим конструктивным показа телям эффективности относится надежность. Надежность помольных ус тановок обуславливается их безотказностью, долговечностью (понижение удельного износа мелющих органов), ремонтопригодностью во времени установленных эксплуатационных показателей. Недостаточная надежность дезинтеграторов может отразиться на работе всей технологической линии изготовления золоцементного вяжущего и может явиться причиной значи тельных потерь рабочего времени. Интенсивный износ деталей и узлов ус тановки увеличивает количество ремонтов, простоев агрегата, что вынуж дает содержать большой штат рабочих-ремонтников. Из вышесказанного следует, что проблема повышения надежности приобретает особую акту альность для дезинтеграторов, используемых в дорожном строительстве.

Из анализа критериев надежности (рис. 5.3) можно отметить, что повыше ние ремонтопригодности находится на более низком уровне применения.

Однако коэффициент перспективности этого критерия имеет предпочти тельное значение, что можно объяснить подачей большого количества па тентов в последние годы.

Это обстоятельство можно охарактеризовать тем, что в настоящее вре мя требуется снизить время простоев оборудования путем повышения удобства обслуживания и быстрой заменой изношенных деталей (узлов).

Поэтому наблюдается тенденция развития данного направления.

Y LnNi Y Y 1 9 7 0 -7 5 1 9 7 5 -8 0 1 9 8 0 -8 5 1 9 8 5 -9 0 1 9 9 0 -9 Годы Рис. 5.3. Динамика патентования ударных мельниц по показателям надежности:

Y1 – повышение ремонтопригодности (b=0,12);

Y2–повышение безотказности (b=0,08);

Y3 – снижение удельного износа (b=0,18) Один из критериев надежности – повышение безотказности – находит ся на высоком уровне, но имеет тенденцию к снижению интереса со сторо ны рационализаторов, так как методы, направленные на повышение безот казности (рациональное распределение нагрузок в узлах и подбор опти мальных запасов прочности, совершенствование системы смазки в под шипниковых узлах и совершенствование привода), практически исчерпали свой ресурс, а новые методы еще не найдены.

Снижение удельного износа является одним из конкурентоспособных направлений совершенствования надежности дезинтеграторов. Уменьшить удельный износ можно путем использования износостойких материалов для изготовления или армирования рабочих органов и совершенствования конструкции рабочих органов или отдельных узлов измельчителя, а также применения износостойких материалов с одновременным усовершенство ванием конструкции измельчителя /18/. Однако надо помнить, что повы шение ресурса рабочих элементов дезинтегратора не должно приводить к снижению эффективности измельчения. Поэтому следующими показате лями, направленными на совершенствование повышения эффективности измельчения, активации и гомогенизации, являются изменения конструк ций дезинтеграторов: 1) ударных элементов;

2) роторов (дисков);

3) других основных элементов (узлов).

Анализ динамики патентования изменений конструкций ударных эле ментов (рис. 5.4) показывает, что изменение угла атаки хоть и имеет тен денцию роста, но оно невелико. Поэтому можно сказать, что поиск опти мального угла атаки практически завершен. Однако этого нельзя сказать о других изменениях конструкции ударных элементов, таких, как изменение формы, числа рядов и количества в рядах ударных элементов. Из рисунка 5.4 видно, что при конструировании дезинтеграторов необходимо обратить особое внимание на форму ударных элементов.

10 Y LnN i 8 Y 6 Y 0 Годы 1 9 7 0 -7 5 1 9 7 5 -8 0 1 9 8 0 -8 5 1 9 8 5 -9 0 1 9 9 0 -9 Рис. 5.4. Динамика патентования изменения конструкции ударных элементов:

Y1 – угла атаки (b=0,08);

Y2 – числа рядов и количества в рядах ударных элементов (b=0,28);

Y3 – формы (b=0,34) Практика показывает, что изменение расположения загрузочного пат рубка и шнека относительно ротора не влияет на эффективность механоак тивации. Анализ динамики патентования изменения конструкции роторов (рис. 5.5) подтверждает это высказывание. Количество патентов, поданных на изменение формы роторов с целью повышения эффективности измель чения активации, намного больше, чем количество патентов предыдущего направления. Это объясняется тем, что, изменяя форму роторов, можно получить оптимальную скорость соударения размалываемого материала.

LnNi Y Y 3 Y Годы 1970-75 1975-80 1980-85 1985-90 1990- Рис. 5.5. Динамика патентования изменения конструкций роторов:

Y1 – расположение загрузочного патрубка и шнека относительно роторов (b=0,01);

Y2 – формы (b=0,1);

Y3 – монтаж дополнительных элементов на роторах (b=0,18) Однако самым перспективным направлением преобразования роторов является монтаж на нем дополнительных элементов (рабочего оборудова ния, проточек и т.д.).

Анализ динамики патентования изменения конструкции других основ ных элементов (узлов) дезинтеграторов показал, что установка дополни тельного оборудования в рабочей камере (отражательных плит и т.д.) и преобразование конструкции корпуса исчерпали свои пути решения и пе рестали быть актуальными (рис. 5.6). Наряду с ними установление сепара ции является одним из главных направлений, способствующих повыше нию эффективности измельчения активации, что подтверждается высоким коэффициентом перспективности.

LnNi Y Y Y 1990-95 Годы 1970-75 1975-80 1980-85 1985- Рис.5.6. Динамика патентования изменения конструкции других основных элемен тов: Y1 – корпуса (b=0,02);

Y2 – установки дополнительного оборудования в рабочей камере (b=0,08);

Y3 – установки сепарации (b=0,16) С целью выявления характеристик работы дезинтеграторов в произ водственных целях проанализируем динамику патентования основных эксплуатационных показателей качества (рис. 5.7).

Повышение эргономичности (безопасности работы, снижения напря женности и утомляемости обслуживающего персонала и т.д.) растет ин тенсивнее, чем повышение мобильности и универсальности, так как мо бильность дезинтеграторов удовлетворяет технологической линии дорож ного строительства, а универсальность была широко изучена еще в на чальные годы патентования.

Результаты детального исследования совершенствования качества де зинтеграторов, направленные на повышение эффективности механоакти вации, приведены в табл. 5.1.

Если в каждой строке оснований деления по максимальным коэффици ентам перспективности обвести кружком один из элементов, а затем со единить обведенные элементы, то получится цепочка, факторов направ ленная на повышение эффективности механоактивации минеральных ма териалов.

[p1m3] [p2m3] [p3m3] [p4m3] [p5m3] [p6m1].

Эти перспективные факторы могут быть использованы при разработке более совершенного варианта дезинтегратора.

3 Y LnN i 2,5 Y 2 Y 1, 0, Годы 1970-75 1975-80 1980-85 1985-90 1990- Рис.5.7. Динамика патентования дезинтеграторов по эксплуатационным показателям: Y1 – повышение эргономичности (b=0,12);

Y2 – повышение мобильности (b=0,1);

Y3 – повышение универсальности (b=0,06) Таблица 5. Распределение коэффициента перспективности по классификации, направленной на повышение качества дезинтеграторов Основания Варианты исполнения деления Р у у1 у i Р1 0,10 0,18 0, Р2 0, 0,12 0, Р3 0, 28 0, 0, Р4 0,1 0, 0, Р5 0,02 0, 0, Р6 0,12 0,1 0, 6. ЭФФЕКТИВНАЯ ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ ПРИ ДЕЗИНТЕГРА ЦИИ ЗОЛОЦЕМЕНТНОГО МАТЕРИАЛА 6.1. Устройство и принцип работы дезинтеграторной установки Схема дезинтеграторной установки приведена на рис. 6.1.

Установка состоит из прямоугольной станины, изготовленной методом сварки из двутаврового профиля прямоугольного сечения, на которой смонтированы два электродвигателя 1 мощностью 4,0 кВт каждый. Элек тродвигатели соединены с помощью полумуфт сцепления 7 непосредст венно с валами дезинтеграторной установки. К рабочей камере жестко за креплен приемный бункер 5, а в нижней части имеется отверстие с патруб ком 9. Патрубок через уплотнительное устройство 10 соединен с накопи тельным бункером 11. Сам дезинтегратор расположен на станине между двумя двигателями. Он состоит из корпуса 3, дисков (левого и правого) 4, пальцев (бил) 8 и шнека 6. Скорость вращения дисков снимается с помо щью тахометров 2.

Принцип работы дезинтеграторной установки заключается в следую щем: после подачи напряжения на электродвигатели их роторы и соеди ненные с ними диски дезинтегратора начинают вращаться в разные сторо ны, затем измельчаемый материал засыпается в приемный бункер, откуда он шнеком подается в рабочее пространство мельницы. Далее частицы ма териала, попав на первый круг пальцев, получают скорость, соответст вующую скорости пальцев, и с этой скоростью вылетают из круга. При этом их путь направлен в одну сторону с вектором скорости тех пальцев, от которого они ушли, и пересекают траекторию движения второго ряда пальцев (движущегося в противоположном направлении). После много кратного соударения с пальцами частицы размалываемого материала, вы летев из внешнего круга пальцев, ударяются о внутреннюю часть кожуха и самотёком опускаются в нижнее его отверстие, попадая затем в накопи тельный бункер.

Рис. 6.1. Схема лабораторной дезинтеграторной установки:

1 – электродвигатель;

2 – тахометр;

3 – корпус;

4 – диск;

5 – приемный бункер;

6 – шнек;

7 – полумуфты сцепления;

8 – палец;

9 – патрубок;

10 – уплотнительное устройство;

11 – накопительный бункер 6.2. Схема движения материала в дезинтеграторе К настоящему времени теоретические работы в этой области практиче ски отсутствуют. Одна из немногих работ этого плана для дезинтегратора выполнена А.А. Хинтом.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.