1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
advertisement
1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Забайкальский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЗабГУ») На правах рукописи Субботин Михаил Юрьевич ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ НА КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВНУТРЕННИХ УСТРОЙСТВ БАРАБАННЫХ СУШИЛОК Специальность 25.00.13 «Обогащение полезных ископаемых» ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: Канд. техн. наук, А.Н. Храмов Чита – 2015 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение............................................................................................... Глава I. Оценка текущего состояния науки и техники в области сушки рудных концентратов……………………………………... 1.1. Текущее состояние науки и техники в изучаемом вопросе области сушки рудных концентратов……………….................................... 1.2. Пути развития науки и техники в области сушки рудных концентратов………………......................................……………………… 1.3. Выводы по главе……………………………………………..…. Глава II. Теоретическое исследование факторов, влияющих на сыпучесть рудных концентратов…………………………………….. 2.1. Угол естественного откоса подвергаемого термической сушке рудного концентрата…………................................................................... 2.2. Роль капиллярных явлений в приращении угла естественного откоса дисперсного материала и факторы, влияющие на их интенсивность............................................................................................................... 2.3. Теоретическое изыскание факторов, влияющих на величину коэффициента приращения угла естественного откоса….......................... 2.4. Определение удельной поверхности и средневзвешенного размера частиц рудного концентрата……………………………………… 2.5. Определение гидрофильности рудного концентрата….......... 2.6. Значение кинетики сушки рудного концентрата в вопросах термической сушки………………………………………………………….. 2.7. Выводы по главе………………………………………………... Глава III. Экспериментальное исследование факторов, влияющих на сыпучесть рудных концентратов.................................... 3.1. Краткая характеристика объектов исследования..................... 3.2. Исследование кинетики сушки исследуемых проб рудных концентратов.................................................................................................... 3.3. Исследование зависимостей угла естественного откоса исследуемых проб рудных концентратов от их влажности........................ 3.4. Исследование удельной поверхности и средневзвешенного размера частиц исследуемых проб рудных концентратов......................... 3.5. Исследование гидрофильности исследуемых проб рудных концентратов.................................................................................................... 3.6. Единая зависимость коэффициента изменения угла естественного откоса от гидрофильности, температуры и гранулометрическо- 4 11 11 28 29 31 31 37 41 43 49 51 56 58 59 63 67 84 93 3 го состава рудного концентрата..................................................................... 3.7. Физическое моделирование распределения рудного концентрата по сечению барабана…………………………………………............. 3.8. Выводы по главе……………………………………………....... Глава IV. Применение полученных результатов исследований в усовершенствовании внутренних устройств сушильных барабанов........ 4.1. Усовершенствование внутренних устройств барабанной сушилки на примере сушильного отделения Малышевского рудоуправления……………………………………………………………………………. 4.2. Влияние повышенного расхода топлива на техническое состояние сушильного барабана........................................................................ 4.3. Влияние повышенного уноса рудного концентрата на техническое состояние газоочистной системы................................................... 4.4. Влияние повышенного уноса рудного концентрата на запыленность и загазованность цеха................................................................ 4.5. Проектирование сдвоенных лопаток при усовершенствовании внутренних устройств барабанной сушилки…………………………. 4.6. Расчёт производительности и массового расхода топлива сушильного барабана с усовершенствованными внутренними устройствами…………………………………………………………………………... 4.7. Выводы по главе………………………………………………... Заключение…………………………………………………………... Библиографический список............................................................ Приложения………………………………………………………….. Приложение А. Результаты гранулометрического анализа проб методом лазерной дифракции……………………………………………… Приложение Б. Концентрации взвешенных частиц в отобранных из воздуховодов сушильного отделения ОФ Малышевского рудоуправления пробах…………………………………………………………………. Приложение В. Акт о внедрении результатов работы в процесс проектирования в филиале ЗАО "ТОМС инжиниринг" в Чите…………... Приложение Г. Акт о внедрении на обогатительной фабрике ОАО «Малышевское рудоуправление» и в процесс проектирования в ЗАО «РИВС-проект»………………………………………………………... Приложение Д. Акт о внедрении результатов работы в учебный процесс на кафедре ОПИиВС ЗабГУ…………………………..…………... Приложение Е. Акт о внедрении результатов работы в учебный процесс на кафедре ОГР ЗабГУ………………….……………..…………... 95 98 103 105 105 106 109 111 111 115 124 126 131 150 150 169 170 171 173 174 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. Термическая сушка применяется в подавляющем большинстве технологических схем получения продуктов обогащения полезных ископаемых. Широкое применение термической сушки продуктов обогащения полезных ископаемых обусловлено необходимостью достижения требуемого качества готовой продукции [32]. Несмотря на то, что сушка это одна из самых энергоемких операций в технологической цепочке переработки минерального сырья (затраты на термическую сушку достигают 10 % общих затрат на обогащение полезных ископаемых [28]), она остаётся недостаточно изученным процессом [15]. С целью повышения эффективности сушки продуктов обогащения полезных ископаемых разработаны радиометрические, инфракрасные, распылительные, вакуумно-импульсные и вакуумные сушилки [18]. По причине высокой стоимости и технической сложности они не нашли широкого применения в обогащении полезных ископаемых. Также не получили распространения вихревые сушилки, имеющие склонность к уносу концентрата с отходящими газами. По этим причинам барабанные сушилки по прежнему являются наиболее широко применяющимися для сушки рудных концентратов. Натурные исследования работы сушильных отделений действующих обогатительных фабрик, проведённый патентный поиск, а также изучение и анализ литературных источников позволили заключить, что, что в настоящее время весьма актуальным вопросом в эксплуатации барабанных сушилок является неэффективное протекание конвективного теплообмена между горячим топочным газом и частицами высушиваемого концентрата. Это повышает расход тепла, влажность высушенного концентрата, увеличивает унос концентрата с отходящими газами, и сокращает срок службы многих узлов сушильных установок [88]. Убытки, причиняемые нерешённостью этих вопросов, достигают миллионов рублей в год на отдельно взятом предприятии. 5 Интенсивность конвективного теплообмена в барабанной сушилке в свою очередь напрямую зависит от равномерности и полноты заполнения сечения барабана завесой сыпучего концентрата. Для наиболее равномерного и полного заполнения сечения барабана завесой падающего концентрата предназначены внутренние перемешивающие устройства барабана. Следовательно, причиной неэффективного теплообмена является несовершенство внутренних устройств сушильного барабана, не учитывающих физико- механические свойства высушиваемого рудного концентрата. Большинство разработанных к настоящему времени конструкций являются весьма металлоёмкими и сложными в изготовлении. Причиной этого является попытка разработать универсальный набор внутренних устройств сушильного барабана, одинаково хорошо справляющийся со своей ролью при сушке любого концентрата. Но при этом механические свойства высушиваемых концентратов в горнопромышленной отрасли колеблются в весьма широком диапазоне. Поэтому в настоящее время остро стоит вопрос снижения энергопотребления при сушке рудных концентратов путём конструирования внутренних устройств барабанных сушилок с учётом физико-механических свойств высушиваемых концентратов. Причём, чтобы избежать значительного усложнения конструкции внутренних устройств барабана, необходимо конструировать их учётом механических свойств отдельно взятого сыпучего концентрата. Для разработки таких внутренних устройств необходимо выявить физико-механические свойства рудных концентратов, влияющие на конструкцию внутренних устройств сушильного барабана. Кроме того, необходимо провести комплексный анализ этих свойств рудных концентратов и определить факторы, влияющие на их числовые величины. Степень разработанности темы. В России в области изучения термической сушки наибольшую известность получили работы В.Б. Сажина, К.Г. Руденко, М.М. Шемаханова, М.Ф. Казанского, В.И. Коновалова, А.В. Лыкова, С.Т. Антипового, М.О. Долматовой, В.А. Кудрявцева, Ю.И. Шишацкого, А.Н. Храмова и др. 6 В настоящее время установлено, что основным свойством, влияющим на конструкцию внутренних устройств сушильного барабана является сыпучесть рудного концентрата, наиболее показательно отражаемая его углом естественного откоса. При этом в разработанных к настоящему времени конструкциях внутренних устройств барабанных сушилок не учитывается, что величина угла естественного откоса рудного концентрата, имеющего переменную влажность, существенно превышает величину угла естественного откоса сухого концентрата, и меняет своё значение на протяжении сушки. Как следствие, актуальной не решённой задачей является изучение факторов, влияющих на величину угла естественного откоса рудного концентрата, имеющего переменную влажность. Идея работы состоит в повышении эффективности конвективного теплообмена путём учёта физико-механических свойств рудного концентрата в конструкции внутренних устройств барабанной сушилки. Цель работы – исследовать особенности физико-механических свойств рудных концентратов, влияющие на конструкцию внутренних перемешивающих устройств барабанных сушилок. Для достижения цели потребовалось решить следующие основные задачи: -исследовать и проанализировать факторы, влияющие на величину угла естественного откоса, образуемого на внутренних лопатках сушильного барабана; -изучить основные зависимости и характеристики взаимодействия поверхности частиц рудного концентрата и жидкости; - используя экспериментальные и справочные данные, научные статьи и отчёты о НИР, изучить влияние температуры сушильного агента, размера частиц, плотности, удельной поверхности на единицу массы и гидрофильности сушимого рудного концентрата на его угол естественного откоса; 7 -усовершенствовать методики и аппаратуру для экспериментального изучения кинетики сушки и сыпучести рудных концентратов в лабораторных условиях; -оценить экономическую эффективность использования результатов исследовательской работы для усовершенствования внутренних устройств промышленных барабанных сушилок. Методы исследований. При выполнении работы применен комплекс современных методов исследований: анализ и обобщение ранее выполненных исследований по интенсификации термической сушки рудных концентратов; лабораторные исследования (гранулометрический анализ, исследование кинетики сушки методом при помощи подовой печи, определение угла краевого смачивания и угла естественного откоса, определение плотности); физическое моделирование; математическое моделирование; геометрическое моделирование; статистическая и математическая обработка экспериментальных данных на ЭВМ; технико-экономический прогноз. Объект исследования. Сыпучие минеральные пробы измельчённой руды и концентрата Ново-Широкинского рудника, слюдяной и полевошпатовый концентраты Малышевской обогатительной фабрики, флюоритовый концентрат Кличкинской обогатительной фабрики (Гарсонуйское месторождение), гравитационный концентрат касситеритовой руды месторождения Гардунайское. Предмет исследования. Фихико-механические свойства рудных концентратов, влияющие на конструкцию оптимальных внутренних устройств барабанной сушилки для рудных концентратов. Научные положения: 1. Угол естественного откоса рудного концентрата, определяющий конструктивные параметры внутренних устройств барабанной сушилки является статическим, причём его величина зависит от влажности концентрата в соответствии с линейной функцией. 8 2. Величина приращения угла естественного откоса на единицу влажности зависит от средневзвешенного размера частиц рудного концентрата, его краевого угла смачивания и температуры сушильного агента. Достоверность научных положений и выводов подтверждается: -высокими значениями коэффициентов корреляции (R≥0,87), полученными при статистической обработке экспериментальных данных; -применением стандартизированных методик экспериментальных исследований: пикнометрический метод определения кажущейся плотности, метод измерения кривизны пузырька при определении краевого угла смачивания, дифракционный и ситовой анализы для определения гранулометрического состава, методика изучения кинетики сушки в подовой печи; -сходимостью результатов теоретических и лабораторных экспериментальных исследований; -значительным объёмом проведённых экспериментальных исследований; -проведением гранулометрического анализа в аккредитованной лаборатории (аттестат аккредитации № РОСС RU/001 21ЧЦ28). Научная новизна: 1. Установлено, что угол естественного откоса рудного концентра- та, образуемый на лопатках барабанной сушилки является статическим. 2. Установлен ряд частных зависимостей угла естественного откоса рудных концентратов от их влажности. Выявлено, что все данные зависимости являются линейными и характеризуются коэффициентом, отражающим зависимость угла естественного откоса рудного концентрата от его влажности. 3. Установлено, что величина коэффициента изменения угла естест- венного откоса рудного концентрата зависит от средневзвешенного размера частиц, угла краевого смачивания рудного концентрата и температуры сушильного агента, и при этом не зависит от плотности частиц рудного концентрата. 9 Практическая значимость. Результаты исследований позволяют проектировать внутренние устройства промышленных барабанных сушилок с учётом угла откоса высушиваемого рудного концентрата и его изменением в течение сушки с целью повышения эффективности конвективного теплообмена между тепловым агентом и частицами высушиваемого рудного концентрата, что снижает расход топлива, температуру отходящих газов, износ уплотнений барабана и унос рудного концентрата. Кроме того, полученные зависимости позволяют рассчитывать угол откоса высоту и объём отвалов и рудных штабелей. Разработан лабораторный аппарат для исследования кинетики сушки рудных концентратов (патент №2492397). Усовершенствована конструкция барабанной сушилки (подана заявка на предполагаемое изобретение). Результаты работы внедрены в процесс проектирования в филиале ЗАО "ТОМС инжиниринг" в Чите (акт №29-ЗФ от 4 марта 2015г.), приняты к внедрению на обогатительной фабрике ОАО «Малышевское рудоуправление» для модернизации барабанных сушилок (протокол заседания научнотехнического совещания № 5/15 286 от 22 февраля 2013г.), внедрены в процесс проектирования в ЗАО «РИВС-проект» (протокол заседания научнотехнического совещания № 5/15 286 от 22 февраля 2013г.), а также в учебный процесс кафедр «Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья» (акт № 14.1-822 от 16.03.2015) и «Открытые горные работы» (акт № 14.1-823 от 16.03.2015) ЗабГУ. Настоящая работа выполнялась в рамках научного направления ЗабГУ госбюджетной теме № 9 «Разработка экологически безопасных ресурсосберегающих и комплексных технологий переработки труднообогатимого минерального сырья» на период с 01.07.2007 г. по 30.06.2012г., научного проекта Исследовательского проекта НИЦИТ ЗабГУ по теме «Научное обоснование и разработка инновационных технологий извлечения ценного компонента из бедных руд и техногенных образований в условиях Забайкалья» и договора №06/11ЮШ от 16.06.12 г. "Реконструкция обогатительной фабрики ОАО 10 "Малышевское рудоуправление" для переработки руд Южно-Шамейского месторождения". Личный вклад автора: состоит в определении цели работы и постановке задач исследования; проведении теоретического и математического анализа; разработке методики и проведении экспериментальных исследований; проведении математического анализа статистических данных на ЭВМ; разработке аппарата для исследования кинетики сушки рудного концентрата при режимах сушки, близких к барабанной сушилке; усовершенствовании и изготовление аппарата, моделирующего условия образования естественного откоса на лопатках барабанной сушилки; изготовлении аппаратов для измерения угла естественного откоса; разработке и изготовлении установки, моделирующей образование завесы падающего рудного концентрата в сечении сушильного барабана. Апробация. Основные результаты работы и отдельные положения докладывались на следующих научно-практических мероприятиях: -Международная молодёжная научная школа «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых». Москва, ИПКОН РАН, 2012г.; - Молодёжь и наука Забайкалья: III молодёжная научная конференция. Чита, ИПРЭК РАН, 2013г.; - Инновационные процессы комплексной и глубокой переработки минерального сырья (Плаксинские чтения 2013).г. Томск, 2013г.; -Кулагинские чтения: Межународная научно-практическая конференция. Чита, ЗабГУ, 2011, 2012, 2013, 2014 гг.; -Научно-практическая конференция студентов, магистрантов и аспирантов Забайкальского государственного университета. Чита, ЗабГУ, 2012, 2013, 2014гг. 11 ГЛАВА I. ОЦЕНКА ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ В ОБЛАСТИ СУШКИ РУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ 1.1. Текущее состояние науки и техники в области сушки рудных концентратов Для оценки текущего состояния науки и техники в области термической сушки сыпучих материалов проведены библиографический и патентный поиски. В результате проведения патентно-информационных исследований, глубиной 20 лет (1995 – 2015г.г.) на базе фондов Забайкальского государственного университета – отдел интеллектуальной собственности, научная библиотека, методический кабинет кафедры ОПИ и ВС, фондов Читинской Областной Пушкинской библиотеки, а также патентных баз данных в и сети Internet было выявлено свыше 100 изобретений. Согласно результатам поиска, что лидирующими в области сушки продуктов обогащения полезных ископаемых являются Россия и Англия. В России из работ учёных, занимающихся проблемами сушки, наибольшую известность получили работы: - Антипового Сергея Тихоновича. Занимая должность заведующего кафедрой в Воронежском государственном университете инженерных технологий, он руководил и лично участвовал в большом количестве исследований процессов сушки и заморозки широкого спектра сыпучих, твёрдых и пастообразных материалов. Академик Международной академии холода, почетный работник высшего профессионального образования РФ, заслуженный изобретатель РФ; - Долматовой Марии Олеговной. Является автором широко известной работы на тему сушки асбестовых руд и сульфидных концентратов [23, 24]; - Казанского М.Ф. Экспериментальным путем подтвердил и несколько уточнил классификацию видов связи влаги с твёрдой поверхностью, предложенную П.А. Ребиндером. Является открывателем многих зависимостей и законов, связанных с кинетикой сушки; - Коновалова В.И. Выполнил лично и руководил многочисленными работами по изучению кинетики сушки, вывел несколько всемирно извест- 12 ных классификаций материалов по характеру протекания сушки; - Кудрявцева Валентина Александровича. Он в своих научных работах ведёт разработки сушильных аппаратов с параметрами, изменяемыми в зависимости от угла естественного откоса высушиваемых материалов; - Лыкова А.В. Проводил работы по обобщению и классификации кривых кинетики сушки; - Сажина Виктора Борисовича [63]. Имеет свыше 200 публикаций на тему сушки сыпучих материалов, главным образом рудных и угольных концентратов. Написал широко известную монографию «Основы техники сушки»; - Шишацкого Юлиана Ивановича. Он исследовал кинетику сушки и химические процессы во время сушки многочисленных растительных продуктов народного хозяйства; - Руденко Константина Герасимовича. Является автором многочисленных научных работ, а также учебных пособий по обезвоживанию и пылеулавливанию, получивших широкое признание; - Шемаханова Михаила Михайловича. Выполнил многочисленные исследовательские работы по усовершенствованию техники и технологии термической сушки. По результатам поиска сделан вывод, что основные усовершенствования процесса сушки продуктов обогащения полезных ископаемых направлены на: - оптимизацию процесса перемешивания высушиваемого материала; - усовершенствование процесса прохождения сушильного агента через слой материала; -применение нетрадиционных технических приёмов, например, электромагнитные, акустические воздействия высокой интенсивности, или кратковременное охлаждение. В сущности, два первых направления сильно перекликаются между собой как в случае сушки в барабанной сушилке, так и при применении сушилок кипящего слоя, вибрационных или распылительных. 13 Также применяются альтернативные методы теплоподвода, например микроволновый. Значительно реже встречаются технические решения из области акустической, вибрационной, дуговой сушки. Идут исследования в направлении применения кратковременного охлаждения в течение процесса сушки. Помимо термической сушки не исчезает интерес к радиометрической, инфракрасной [107, 124] и микроволновой [26, 126] сушке сыпучих материалов. Научно-производственное объединение "ИРЕА" выдвигает техническое решение с предложением размещать в сушилке соосно барабану в его центре ИК-излучатель. Монолаков В.А. и Юдин В.В., авторы заявки на изобретение №92007211 предлагают с целью интенсификации процесса сушки микроволновым электромагнитным излучением разместить высокочастотные излучатели в верхней части неподвижного кожуха, внутри которого находится вращающийся барабан. По причине высокой стоимости и технической сложности радиометрических и инфракрасных сушилок, данные методы в настоящее время не получают распространения в горно-металлургической промышленности. Но при этом эти способы сушки успешно применяются для сушки в пищевой [103] и медицинской промышленностях. Распылительные сушилки [9] также не нашли широкого применения для обезвоживания продуктов обогащения полезных ископаемых, поскольку гораздо более энергетически целесообразно для суспензий оказалось применять сгущение и фильтрацию, а не термическую сушку. Тем не менее, распылительные сушилки находят своего потребителя в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Вакуумные сушилки [44] находят применение, в основном, для сушки древесины. Существуют также экспериментальные установки для сушки капиллярно-пористых материалов по вакуумно-импульсной технологии [17], но распространения они не получили в силу сложности в обслуживании и эксплуатации. Применение для сушки рудных концентратов вихревых сушилок 14 представляется маловероятным, так как велика возможность высокого уноса концентрата. То есть, барабанные сушилки по-прежнему являются наиболее широко применяющимися для сушки рудных концентратов. Оценка состояния работающих сушильных отделений на работающих фабриках показала, что в настоящее время весьма актуальной проблемой барабанных сушилок является недостаточно полное использование поперечного сечения барабана. На рис. 1 представлено сечение барабана, в котором возникла зона, не закрытая завесой падающего материала (А). Рис. 1. Сечение барабана, с зоной, не закрытой завесой падающего материала (А). При этом тепловой агент проходит по пути наименьшего сопротивления, то есть через зону «А». Это приводит к следующим негативным последствиям: - резко снижается количество теплового агента, проходящего через сечение барабана вне зоны «А», что ведёт к снижению количества тепла, получаемого высушиваемым материалом; - вследствие снижения площади сечения потока теплового агента увеличивается его скорость. Это, в свою очередь, ведёт к увеличению уноса материала; - тепло, не отданное высушиваемому материалу, на выходе из барабана перегревает выходной коллектор, дымоходы, и преждевременно разрушает уплотнения газовых трактов. 15 Из вышеизложенного следует, что при изыскании способа интенсификации процесса термической сушки в первую очередь следует обратить внимание на увеличение эффективности конвективной передачи тепла путём повышения равномерности распределения завесы сушимого рудного концентрата по сечению барабана. Практика проектирования и эксплуатации барабанных сушильных установок показывает, что регулирование угла наклона стандартных лопаток сушильного бараба не приводит к значительному увеличению площади завесы материала в сечении барабана [4]. При уменьшении угла наклона лопаток относительно касательной к окружности барабана в точке крепления лопатки материал начинает ссыпаться позже, и завеса падающего материала передвигается влево (рис. 2 а). При увеличении же угла наклона лопаток материал начинает ссыпаться раньше, и завеса материала смещается вправо (рис. 2 б). При центральном расположении завесы (рис. 2 в) её площадь будет максимальной, но при этом останется недостаточной, а области справа и слева останутся свободными от завесы. Рис. 2 Смещение завесы сыпучего материала вследствие регулирования угла наклона лопаток сушильного барабана. В числе прочих технических мер, предназначенных для расширения площади завесы, применяются шахматное расположение лопаток на внутренней поверхности барабана и зубчатый край лопатки [8]. На рис. 3 представлена заводская конструкция внутренних перегребающих устройств су- 16 шилки барабанной БН 1,6–10НУ–01, модернизированная таким образом специалистами обогатительной фабрики Малышевского рудоуправления. Применение подъемно-лопастной зубчатой конструкции такого типа по всей длине барабана сушилки позволило расширить завесу высушиваемого материала, но не решило проблему в полной мере – область сечения барабана, не закрытая завесой материала, по прежнему существует. Причём легко заметить, что эти технические решения направлены именно на повышение рассеянности материала по сечению барабана при том же его количестве, одновременно находящемся в сечении. Рис 3. Общий вид конструкции внутренних устройств сушилки барабанной сушилки БН 1,6–10НУ–01. 1 – подъёмно-транспортная зубчатая лопасть, 2 – корпус барабана. Таким образом, регулирование угла наклона стандартных лопаток сушильного барабана и применение зубчатого края лопаток не способно увеличить площадь завесы ссыпающегося материала выше предела, доступного при данном количестве материала, находящегося одновременно в сечении барабана. Причиной этого служит недостаточное рассеивание материала. Увеличение же количества материала, одновременно находящегося в сечении барабана повысит влагонапряжённость в объёме барабана, что в свою очередь приведёт к снижению эффективности сушки. Повышение сечения барабана для снижения влагонапряжённости снова вернёт ситуацию к прежнему 17 состоянию: площадь завесы материала, недостаточная для покрытия барабана. Кроме того, при увеличении загрузки до предела, достаточного для полного покрытия сечения барабана завесой барабанная сушилка начинает работать «под завалом». Масса материала, находящаяся в сушилке, начинает превышать массу, на которую рассчитан привод барабана, что приводит к перерасходу электроэнергии и повышенному износу привода барабана. Следовательно, для повышения равномерности рассеивания рудного концентрата необходимо разрабатывать новые конструкции внутренних устройств барабанных сушилок. В процессе патентного поиска выявлены многочисленные изыскания в отношении внутренних устройств сушильного барабана, чем подтверждается интерес исследователей к этому направлению. Эти изыскания ориентированы на оптимизацию и интенсификацию процесса перемешивания высушиваемого материала, от которого напрямую зависит эффективность конвективного теплообмена между тепловым агентом и частицами подлежащего сушке концентрата. Пути развития внутренних устройств сушильных барабанов можно разделить на пять групп: многозонные сушильные барабаны, лабиринтовые барабаны, барабаны со сложными подвижными конструкциями в составе устройства, канальные устройства, применение неподвижного барабана с вращающимся набором лопаток [101]. (рис. 4). Остановимся подробнее на каждом из наиболее важных направлений развития внутренних устройств сушильного барабана. Ярким примером разработки многозонного сушильного барабана может служить авторское свидетельство №96055 [127] (рис. 5). Данная конструкция делит барабан в сечении на ячейки, которые принудительно распределяют материал по сечению барабана. Часть ячеек снабжена течками, которые выходят в не имеющие ячеек кольцевые полости, расположенные между ячейковыми вставками, ближе к оси барабана. 18 Рис. 4. Типы технических решений для внутренних устройств барабанных сушилок: а – лабиринтовая; б – сложной конструкции; в – многозонная; г – канальная; д – с неподвижным барабаном. Высушиваемый материал поступает во внешнюю ячейковую вставку 1 имеющую восемь ячеек, из которых четыре ячейки имеют отверстия 2 и снабжены течками 3, через которые материал проходит в среднюю ячейковую вставку 4; из остальных четырех ячеек вставки 1 материал поступает в кольцевую полость 5, заключенную между кожуом барабана и средней ячейковой вставкой 4. Пройдя кольцевую полость 5, материал в количестве 3/6 от всего поступившего во вставку 1 на выходе из полости ячейковой вставки 1 распределяется на двенадцать ячеек. Средняя ячейковая вставка 4 имеет шесть ячеек, из которых две ячейки имеют отверстия 6 и течки 7, через которые материал проходит во внутреннюю ячейковую вставку 5, состоящую из четырех ячеек. Материал из четырех ячеек вставки 4, не имеющих отверстий и течек, собирается в кольцевой полости 9, и распределяется далее на восемь ячеек и в количестве 2/6 от всего загруженного материала проходит через вставку 4. 19 Рис. 5 Схема многозонной конструкции сушильного барабана в продольном и поперечном сечениях. Первым очевидным недостатком многозонных внутренних устройств является неспособность разбивать комки влажного материала. Причиной этого служит отсутствие достаточной кинетической энергии комка материала, падающего с небольшой высоты в пределах одной ячейки. Кроме того, такие внутренние устройства весьма металлоёмки. Это ведёт к увеличенному расходу электроэнергии на приводе барабана и сниженному сроку службы привода барабана и электродвигателя. Также многозонные барабаны сложны в изготовлении, а их обслуживание очень затруднено по причине ограниченного доступа к внутреннему объёму ячеек. Лабиринтовые внутренние устройства образуют в сечение барабана так называемый лабиринт. В сечении барабана появляется множество узких проходов, но при этом он не разделен на обособленные ячейки или зоны. Традиционная лабиринтовая распределительная конструкция представлена на рис. 4а [30]. Другие технические решения отличаются от традиционных 20 лабиринтовых внутренних устройств более мелкими и обособленными полками (рис. 6) [123, 124]. Существуют и технические решения, выполненные по противоположной концепции – дальнейшее усложнение конструкции (рис. 7) [117]. Рис. 6. Лабиринтовые внутренние устройства. Большинство лабиринтовых внутренних устройств отличаются склонностью забиванию, и кроме того, имеют те же недостатки, связанные со сложностью конструкции и металлоёмкостью, что и многозонные. Рис. 7. Лабиринтовые внутренние устройства лабиринтом, закреплённым на опорных конструкциях. Внутренние устройства со сложными подвижными конструкциями. К ним можно отнести множество технических решений. Наиболее 21 показательно отражающие главные ответвления данного направления представлены ниже. В первую очередь это конструкции с подвижными лопатками, например, а.с. №1737239 [97]. Данное техническое устройство предусматривает лопатки, представляющие из себя плоское основание с двумя боковыми стенками, расположенными перпендикулярно к нему (рис. 8). Ось лопатки закреплена в шарнире, расположенном на внутренней стенке сушильного барабана, а лопатка выполнена открытой с двух противоположных сторон. Рис. 8 Сечение внутренних устройств сушильного барабана с шарнирно закреплёнными лопатками. 1 - лопатка сушильного барабана; 2 - упоры; 3 - оси; 4 – барабан. При вращении сушильного барабана лопатки 1, находящиеся в I четверти, поднимают высушиваемый материал. При достижении II четверти происходит ссыпание материала через одну кромку лопатки. После поворота барабана ещё на 45° лопатка 1 под собственным весом и весом высушиваемого материала, оставаясь в вертикальном положении, отходит от корпуса 4 сушильного барабана и происходит ссыпание материала через кромки обе основания лопатки (узел II). При дальнейшем вращении корпуса 4 зазор между упором 2 и корпусом 4 уменьшается, при их соприкосновении лопатка 1 под действием силы тяжести фиксируется и материал ссыпается через одну кромку (узел I). В IV четверти и лопатка 1, опрокидываясь под действием силы тяжести, занимает рабочее положение. 22 Заявлено, что ссыпание материала с двух кромок лопатки обеспечивает более равномерное распределение материала по поперечному сечению барабана. Но, анализируя данную конструкцию, можно сделать вывод, что плотная завеса будет образовываться лишь по краям барабана, в момент открытия второй кромки (до узла II), и после начала наклона лопатки (после узла I). Ссыпание материала с лопатки, не меняющей своего наклона будет минимальным, потому как на ней будет находиться сформированный конус со сформировавшимися углами естественного откоса, находящимися в состоянии предельного равновесия. Незначительное ссыпание материала будет происходить лишь из-за случайных вибраций и встряхиваний. То есть завеса, образованная в середине барабана будет неплотной. Но при этом такой барабан весьма сложен в изготовлении, и следовательно, дорогостоящ. Существуют технические решения, в которых лопатки предлагается исполнять в виде сит или решёт, либо в виде наборов цепей (рис. 9). Рис. 9 Цепные (а) и решётчатые (б) внутренние устройства сушильного барабана. 23 Лопатки такой конструкции находят некоторое применение в короткой части в начале барабана. В такой позиции они выполняют роль устройств, разбивающих комки влажного материала. Низкая их эффективность в основной части барабана объясняется их низкой транспортной способностью. Достаточно сыпучий материал не транспортируется ими в верхнюю часть барабана, и по этой причине не образуется необходимая для конвективного теплообмена завеса падающих частиц материала [98, 99, 114]. Существуют конструкции, занимающие промежуточное положение между лабиринтовыми и механизированными внутренними устройствами сушильного барабана [102]. Данная конструкция (рис. 10) предусматривает разделение барабана вертикальной продольной перегородкой 1, на две части, подъемную и опускную. На перегородке смонтированы перевалочные полки 2 и шарнирно подвешенную заслонку 3. В опускной части барабана установлены неподвижно по всей длине газоподводящий 4 и газосборный 5 коллекторы. Газоподводящий и газосборный коллекторы могут быть снабжены приспособлениями 6 для регулирования проходного сечения параллельных каналов ввода и вывода сушильного агента соответственно, например выполненными в виде шиберов для изменения режима аэрирования материала по длине барабана. Рис.10. Внутренние устройства сушильного барабана с неподвижной лабиринтовой секцией. 24 Свежий сушильный агент поступает в газоподводящий коллектор 3, распределяется по патрубкам и выходит из щелевого сопла трубчатого элемента в массив лежащего навалом высушиваемого материала. Далее часть сушильного агента попадает в систему полок 2, где обмывает скатывающиеся по ним частицы. Другая часть агента поднимается навстречу падающим частицам завесы и омывает их. Переток сушильного агента из подъемной части барабана в опускную без контакта с частицами завесы предотвращается заслонкой 3. Отработанный сушильный агент перетекает в опускную часть барабана (справа на рис. 10), огибая верхнюю кромку вертикальной перегородки. Опускная часть барабана выполняет роль пылеосадительной камеры. Отработанный сушильный агент отсасывается по всей длине барабана с помощью газосборного коллектора 5. К недостаткам данной конструкции относятся необходимость обустройства внутренних газоподводящего и газосборного коллекторов, а также наличие зоны сечения барабана, фактически, не участвующей в сушке материала. На рис. 10 видно данную зону в правой части сечения, отведённую для размещения газоподводящего и газосборного коллекторов. Кроме того, данная конструкция за счёт применения полок 2 увеличивает долю контактного теплообмена и снижает долю конвективного, что не является целесообразным. Внутренние устройства описанных в данной главе и других конструкций с применением подвижных частей [5, 6] не получили широкого распространения в силу весьма сложной конструкции. Канальные внутренние устройства используются чаще всего для сушки сыпучих материалов в химической, пищевой и медицинской отраслях промышленности. В данных областях промышленности насыпной вес высу- 25 шиваемых сыпучих материалов достаточно низок, чтобы сушильный агент проходил сквозь слой лежащего навалом материала. В данной конструкции барабанных сушилок [115] сушильный агент движется по каналам вдоль образующей обечайки, выходит из каналов через щели, проходит через слой сыпучего продукта, и над ним выходит из барабана. Степень наполнения таких барабанов составляет 15-25% от объема барабана. Высушиваемый материал по неподвижному загрузочному устройству поступает внутрь барабана и размещается слоем на поверхности профильных внутренних устройств, проходящих вдоль всего барабана. В каналы подается тепловой агент. При этом при вращении барабана продольные каналы примыкают к неподвижным устройствам для подачи и отвода теплового агента, расположенным таким образом, что подача и отвод воздуха происходят только через каналы, находящиеся под слоем материала (см. рис. 4 г). Недостатком подобных сушильных барабанов является повышенный расход теплоты на сушку вследствие относительно высокого расхода воздуха, обусловленного его неполным насыщением влагой за время прохождения сквозь слой материала. Применение данной конструкции сушильного барабана для сушки рудных концентратов имеющих значительную насыпную плотность представляется весьма затруднительным. Практика показывает, что при сушке материалов, имеющих существенную плотность для более эффективного конвективного теплообмена требуется создание завесы из падающего материала. Существуют технические решения, разработанные с целью приспособить канальные внутренние устройства для создания завесы падающего материала, а также разбивания комков агломерировавшего материала. Авторы патента РФ №296282 (рис. 11) предлагают снабдить профили, образующие каналы, ковшами, выполняющими роль стандартных лопаток [109]. 26 Рис. 11. Канальная внутренняя конструкция, оснащённая ковшеобразными лопатками для завесы падающего материала и разбивания комков агломерировавшего материала. Но данная лопатка отличается повышенной металлоёмкостью, и меньшей высотой падения комьев и частиц материала за счёт каналов для подачи сушильного агента. Вследствие этого снижается способность разбивать комья материала и сокращается путь падения, во время которого частица получает тепло конвективным способом. Следовательно, канальные системы подачи сушильного агента мало применимы для сушки рудных концентратов. Неподвижные барабаны с вращающимся набором лопаток в верхней части корпуса имеют неподвижный кожух, образующий коллектор для подачи сушильного агента, который удаляется затем через торец барабана аналогично стандартной барабанной сушилке (см. рис. 4 д). В конструкцию подобных сушилок также предлагается внедрять коллектор для кратковременного охлаждения высушиваемого материала. Конструкция такой сушилки представлена на рис. 12. 27 Рис. 12. Неподвижный барабан с вращающимся набором лопаток. 1 – неподвижный барабан; 2 – вращающийся набор лопаток; 3 – коллектор для подвода сушильного агента; 4 – коллектор для подвода и отвода охлаждающего воздуха. В силу конструктивных особенностей таких сушилок интегрировать на поверхность корпуса коллектор значительно проще, чем на поверхность вращающегося барабана. Лобанов Владимир Иванович, автор патента на изобретение № 2314470, заявляет, что подвод атмосферного (холодного) воздуха позволяет охладить внешнюю поверхность материала и подтянуть из его наиболее теплой центральной части остатки влаги, а затем порцией горячего газа снять их с поверхности сыпучего материала [111]. Данные конструкции барабанных сушилок также не получили широкого распространения в силу неоправданного усложнения конструкции для сохранения барабана неподвижным во время вращения внутренней конструкции. В результате патентного поиска выявлены три отечественных технических решения, учитывающих угол естественного откоса одного материала, подлежащего сушке. В двух из них конструкция предусматривает округлённые лопатки [100, 105] (рис. 13). Недостатками данных технических решений 28 являются в сложность в изготовлении, так как необходимо наладить достаточно сложный процесс точного формования листового металла. а б Рис. 13. Лопатки округлённой формы а – Патент РФ №2204772; б – патент РФ №1262243. Третьим выявленным отечественным техническим решением, в котором учитывается угол естественного откоса, являются сдвоенные лопатки, конструкции, приведённой в патенте РФ №2444686. Данная конструкция технически проще остальных в изготовлении и проектировании. Но все выявленные технические решения имеют один общий недостаток: авторами данных изобретений не учтено, что подлежащий сушке рудный концентрат является влажным. Следовательно, под действием капиллярных сил его сыпучесть существенно изменяется. То есть данные конструкции внутренних устройств сушильного барабана не могут обеспечивать максимально равномерную и обширную завесу сушимого рудного концентрата на всём протяжении процесса сушки. 1.2. Пути развития науки и техники в области сушки рудных концентратов Наиболее оптимальным выявленным техническим решением являеются сдвоенные лопатки [116]. Обеспечение равномерного распределения завесы по всему сечению барабана без значительного повышения металлоём- 29 кости и сложности проектирования в нём достигается путём разделения объема материала на два набора лопаток, один из которых имеет пониженный угол наклона относительно касательной к окружности барабана в точке крепления лопатки (см. рис. 2а), а другой – повышенный угол наклона лопаток (см. рис. 2б). Для усовершенствования данного технического решения, и достижения максимальной эффективности конвективного теплообмена, в его конструкции необходимо учесть влияние капиллярных сил на сыпучесть сушимого рудного концентрата. Кроме того, интенсивность капиллярных сил, как известно, находится в зависимости от влажности, которая меняется с течением сушки. То есть на протяжении сушки изменяются интенсивность действия капиллярных сил и величина угла естественного откоса сушимого концентрата. Следовательно, изучать изменение сыпучести рудного концентрата необходимо во взаимосвязи с динамикой удаления жидкости из концентрата во время сушки [70, 71]. 1.3. Выводы по главе Проведена оценка текущего состояния науки и техники в области сушки сыпучих материалов, на основании чего сделаны следующие выводы. Большинство внутренних устройств сушильного барабана, разработанных к настоящему времени, сконструированы с целью повышения эффективности конвективного теплообмена за счёт наиболее полного и равномерного рассеивания сушимого концентрата по сечению барабана. Но при этом многие конструкции являются весьма металлоёмкими и сложными в изготовлении. Причиной этого является попытка разработать универсальную конструкцию внутренних устройств сушильного барабана, одинаково хорошо справляющуюся со своей задачей при сушке любого материала. Но при этом механические свойства высушиваемых продуктов горнопромышленной отрасли колеблются в весьма широком диапазоне. 30 Основным общим недостатком всех выявленных технических решений является то, что авторами не учитывается переменная влажность рудных концентратов, следствием которой является сниженная сыпучесть, также меняющаяся на протяжении сушки. Поэтому существующие технические решения не способны в полной мере решить проблему неравномерного распределения сушимого материала по сечению сушильного барабана. Следовательно, обеспечение наиболее эффективного конвективного теплообмена может быть достигнуто путём проектирования внутренних устройств сушильного барабана, адаптированных к отдельно взятым сушимым материалам. Для разработки таких конструкций необходимо исследовать свойства влажных материалов, влияющие на эффективность конвективного теплообмена в барабанной сушилке, а именно сыпучесть материала, меняющаяся на протяжении сушки вследствие изменения его влажности. 31 ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СЫПУЧЕСТЬ РУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ 2.1. Угол естественного откоса подвергаемого термической сушке рудного концентрата Наиболее показательной характеристикой дисперсного материала, отражающей его сыпучесть, является угол естественного откоса [72]. Углом естественного откоса сыпучего материала называют максимально возможный угол φ между поверхностями, которыми ограничены склоны массива сыпучего материала и горизонтальной плоскостью [33, стр. 34] (рис. 14). Рис. 14. Схема образования угла естественного откоса сыпучего материала Угол естественного откоса образуется при нахождении частиц на склоне в состоянии равновесия между силой, стремящейся сместить частицы вниз по склону, и силой трения покоя, стремящейся сохранить частицы на склоне в состоянии покоя. Маслов Н.Н. в своей работе называет это состоянием предельного равновесия [49]. При этом различают статический и динамический угол естественного откоса сыпучих материалов. Под статическим понимается угол естественного откоса, образованный при разрушении слоя частиц после удаления подпорной стенки. Под динамическим же понимается угол естественного откоса, образованный при отсыпании дисперсного материала на плоскость. Очевидно, что для конструирования внутренних устройств сушильного барабана в 32 соответствии с углом естественного откоса высушиваемого материала необходимо точно определить, какой именно угол естественного откоса имеет место на внутренних лопатках сушилки. Ответить на этот вопрос однозначно не представляется возможным, так как не происходит отсыпки материала на лопатку, также нет и факта удаления подпорной стенки. Для ответа на данный вопрос необходимо провести теоретический анализ условий образования статического и динамического угла естественного откоса, а также провести лабораторное моделирование образования угла естественного откоса на лопатках сушильного барабана. В первую очередь рассмотрим статический угол естественного откоса. Для иллюстрации и анализа данного случая разместим частичку материала в состоянии предельного равновесия на наклонной поверхности из того же материала, имеющей максимальный наклон φст. относительно горизонтали, при котором частичка не соскальзывает со склона. То есть, при таком наклоне сила, стремящаяся сместить частичку вниз по склону, уравновешивается силой трения (см. рис. 15). Рис. 15. Схема сил, действующих на частицу, находящуюся на склоне в состоянии предельного равновесия. В приведённом на рис. 15 случае на частицу действуют следующие силы: - вес Р; - сила реакции опоры, N = P cos φст.; 33 - сила, стремящаяся сместить частицу вниз по склону P’ = Р sin φст.; - сила трения покоя Fтр, определяемая по формуле [65]: Fтр =k*N (1) где Fтр – сила трения покоя частицы данного сыпучего материала на слое частиц того же сыпучего материала, кг/см2; k – коэффициент трения, определяется по справочным данным или опытным путём; N – нормальная сила реакции опоры, Н. P’= Fтр при образовании статического угла естественного откоса φст.. P’ = Fтр = Р cosec φст. (2) Что касается динамического угла естественного откоса, при его образовании к вышеупомянутым силам прибавляется сила инерции (рис. 16). Лишь она отличает частицу, высыпанную на вершину склона от частицы, оставшейся покоиться на склоне, после удаления частиц, не удерживаемых более подпорной стенкой. Рис. 16. Схема сил, действующих на частицу, останавливающуюся на склоне в состоянии предельного равновесия. I + P’ = Fтр = Р cosec φдин. (3) Поскольку (I + P’) > P’, получаем Р cosec φдин. > Р cosec φст. (4) cosec φдин. > cosec φст. (5) 34 φдин. < φст. (6) То есть при наличии у частиц инерции, приобретённой при высыпании материала на вершину склона, образуемый угол будет иметь увеличенное числовое значение. Следовательно, необходимо установить, является угол естественного откоса, образуемый на лопатках барабанной сушилки, динамическим или статическим. Факта удаления подпорной стенки, равно как и отсыпки концентрата на лопатку при образовании угла естественного откоса в барабанной сушилке не прослеживается. Но, на основании изложенных выводов о различии между динамическим и статическим углами естественного откоса возможно установить следующее. Поскольку при образовании угла естественного откоса на лопатках барабанной сушилки отсутствует дополнительная сообщённая инерция частицы, ожидается, что данный угол будет иметь величину, соответствующую статическому углу естественного откоса. Итак, теоретически установлено, что на лопатках внутренних устройств сушильного барабана имеет место именно статический угол естественного откоса. По этой причине дальнейший анализ продолжим со статическим углом естественного откоса. Теперь рассмотрим зависимость между коэффициентом трения материала, и его углом естественного откоса. Поскольку N = P cos φст, k * P cos φст = Fтр (7) Так как Fтр = P’ (по условию предельного равновесия), а P’ = Р cosec φст, будет справедливо: k * P cos φст = Р cosec φст (8) k = (Р cosec φст/ P cos φст) (9) k = ctg φст (10) Как видно из выражения (9), коэффициент трения двух поверхностей исследуемого материала является котангенсом угла, при котором частица находится в состоянии предельного равновесия. Но при этом известно, что ко- 35 эффициент трения материала не может служить показателем угла естественного откоса сыпучего материала. Для этой цели существует такой показатель, как угол внутреннего трения сыпучего материала [33], который, по аналогии с выражением (9) возможно представить как коэффициент внутреннего трения сыпучего материала. Для рассмотрения природы различия между коэффициентом внутреннего трения и коэффициентом трения покоя одного и того же материала, рассмотрим модель отдельно взятой частицы на склоне сыпучего материала (рис. 17). Кроме сил, отражённых на рис. 15, на частицу, изображённую на рис. 17 будут действовать дополнительные силы реакции опор, причём в сумме эти силы будут действовать как дополнительный фактор, удерживающий рассматриваемую частичку на склоне. Обобщённо говоря, частица 1 геометрически «опирается» на частицу 2. Следовательно, коэффициент внутреннего трения будет превышать коэффициент трения покоя того же сыпучего материала. Причём, величина данного коэффициента будет зависеть от: -величины коэффициента трения покоя материала; -формы частиц сыпучего материала; -размера частиц сыпучего материала. Рис. 17. Схема расположения отдельно взятой частицы на склоне сыпучего материала. По аналогии с выражением (10), для частицы, расположенной на склоне сыпучего материала коэффициент трения покоя, заменим на коэффициент внутреннего трения, учитывающий дополнительные силы, препятст- 36 вующий взаимному сдвигу слоёв сыпучего материала. Тогда будет справедливо k’ = сtg φст, (11) где k’ - коэффициент внутреннего трения дисперсного материала. Путём математических преобразований сtg φвн. тр. N = Р cosec φст, сtg φвн. тр. * P cos φст = Р cosec φст, φвн. тр. = φст, (12) (13) (14) приходим к выводу, что угол внутреннего трения должен равняться углу естественного откоса. Но известно, что в реальных условиях угол естественного откоса обычно превышает угол внутреннего трения сыпучего материала. Это обусловлено тем, что в реальных условиях присутствует незначительная влажность сыпучего материала. Даже если проба, высушена до абсолютно сухого состояния, как правило, за непродолжительный период времени она увлажняется парами воды, содержащимися в окружающем воздухе, что приводит к появлению дополнительных связующих капиллярных сил в массиве сыпучего материала [72]. Причём, связующая капиллярная сила будет пропорционально расти при повышении влажности, пока материал не приобретёт текучие свойства (перейдя в состояние пульпы). Поскольку прирост связующих капиллярных сил в массиве сыпучего материала прямо пропорционален приросту влажности, ожидается, что эта зависимость является линейной и имеет вид функции Δy=Δx*a. Следовательно, ожидается, что с учётом капиллярных сил зависимость угла естественного откоса сыпучего материала от его влажности подчиняется линейной функции φст.влаж. = φвн.тр. + W * B, (15) где φст.влаж. – статический угол естественного откоса влажного рудного концентрата, град; W – влажность испытуемого сыпучего материала, %; 37 φвн.тр. – угол внутреннего трения сыпучего материала, град; B – коэффициент, отражающий зависимость угла естественного откоса сыпучего материала от его влажности и устанавливаемый опытным путём для каждого сыпучего материала (далее по тексту "коэффициент изменения угла естественного откоса") [72]. При исследовании же угла естественного откоса в вопросах сушки, если перед замером высушить пробу до воздушно-сухого состояния, уравнение может быть представлено в следующем виде: φст.влаж. = φст.сух +W*B, (16) где φст.влаж. – статический угол естественного откоса влажного рудного концентрата, град; φст.сух – статический угол естественного откоса сухого рудного концентрата, град. Далее, для сокращения объёма экспериментальной работы при проектировании сушильных барабанов и проведения проектных работ в более краткие сроки, необходимо выявить факторы, влияющие на значение коэффициента изменения угла естественного откоса (16). 2.2. Роль капиллярных явлений в приращении угла естественного откоса дисперсного материала и факторы, влияющие на их интенсивность Под капиллярными явлениями понимается совокупность явлений, обусловленных действием межфазного поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред. В рамках данной работы это вода, сушильный агент и твёрдая поверхность частиц рудного концентрата. К капиллярным явлениям также следует относить искривление поверхности жидкости, граничащей с газом, собственным паром или другой жидкостью. Капиллярные явления обусловлены тем, что под воздействием поверхностного натяжения ограниченный объём жидкости стремится сократить свободную энергию, принимая форму шара, то есть занять необходимый 38 объём с минимальной поверхностью. Так, например, при дроблении жидкости в газе образуются капли именно сферической формы Но в условиях наличия существенной силы гравитации жидкость быстро принимает форму сосуда, в который она налита. В этом случае жидкость стремится образовать гладкую поверхность. Из этого следует, что капиллярные явления могут проявить себя в полной мере только тогда, когда размеры сосуда, достаточно малы, чтобы интенсивность сил поверхностного натяжения стала существенно большей, чем сила тяжести. То же самое касается и размеров частиц влажного сыпучего материала. Они должны быть достаточно малы, чтобы капиллярные силы начали оказывать на них более существенное влияние, чем их вес. Кроме геометрических размеров частиц при рассмотрении вопросов, связанных с капиллярными явлениями в массиве сыпучего материала, существенное значение имеет гидрофильность или гидрофобность частиц, с поверхностью которых взаимодействует жидкость. Гидрофильность твёрдого тела следует понимать как более интенсивное взаимодействие молекул жидкости с поверхностью твёрдого тела, чем с молекулами другой жидкости или газа. Если жидкость в сосуде имеет большую площадь поверхности, то жидкость поднимается по стенке сосуда под воздействием разности сил межмолекулярного взаимодействия, искривляя примыкающий к стенке сосуда небольшой участок поверхности жидкости. Но если сближать плоские стенки сосуда с жидкостью, то наступит момент, когда зоны искривления перекроются, и образуется мениск - полностью искривлённая поверхность. Сосуд с таким или меньшим расстоянием между стенками называется капилляром. В капилляре в условиях смачивания под вогнутым мениском давление понижено, и жидкость поднимается, пока вес столба жидкости не уравновесит капиллярное давление, направленное по касательной к мениску от его края. 39 В продолжение темы следует упомянуть явление слипания двух влажных пластинок, которое очень хорошо иллюстрирует и поясняет действие капиллярных сил в массиве сыпучего материала (рис. 18). Рис. 18. Пластинки, удерживаемые разницей между атмосферным и пониженным капиллярным давлением. Это явление обусловлено тем, что поверхность жидкости в зазоре между пластинками сильно искривлена. Вследствие отрицательного капиллярного давления жидкость оказывается "растянутой" во все стороны. То есть пластинки сжимаются атмосферным давлением в то время, как давление жидкости между пластинками оказывается пониженным. При этом давление внутри жидкости будет меньше атмосферного на величину 1 1 p R1 R2 (17) где R1 – радиус мениска; R1 – радиус сечения жидкости плоскостью, параллельной пластинкам; α – поверхностное натяжение. Из данного выражения видно, что чем меньше радиусы пятна жидкости и образуемого мениска, тем ниже будет давление внутри жидкости, и тем сильнее будут сжиматься пластинки. Очевидно, что таким же образом отрицательное капиллярное давление может удерживать гидрофильные частицы (рис. 19). Если частицы дисперсного тела не связаны прочно, возможна даже его объёмная деформация под действием капиллярных сил - капиллярная контракция. 40 Рис. 19. Силы, действующие на частицы, удерживаемые капиллярным давлением. Мениски жидкости, образующиеся слева и справа на рисунке между частицами подвергаются действию сил поверхностного натяжения Δd, стремящимся продвинуть мениски дальше по поверхности частиц. На рисунке суммарное действие этих сил обозначено как ∑Δd. Эти суммарные силы стремятся переместить жидкость в стороны, вследствие чего в жидкости, и в частности в области, обозначенной штрихпунктирной линией образуется разрежение. В свою очередь это разрежение действует на частицы как сила, обозначенная на рисунке как L. Причём чем выше гидрофильность материала частиц, тем больше будет величина суммарной силы L. То есть, при увеличении влажности дисперсного материала: - на каждом отдельно взятом участке раздела фаз постоянной длины с увеличением диаметра мениска величина силы поверхностного натяжения будет снижаться вследствие увеличения радиуса мениска (17); - вследствие увеличения протяжённости линии трёхфазного контакта будет увеличиваться суммарное действие связующей частицы силы, обозначенной на рис.19 как L; - по мере того, как масса жидкости будет приближаться к пределу существенного действия капиллярных явлений, называемому капиллярной постоянной, пока дисперсный материал не приобретёт пластических свойств; 41 - чем выше гидрофильность сыпучего материала, тем интенсивнее будет снижаться его сыпучесть при увеличении влажности; - плотность частиц сыпучего материала не будет иметь существенного влияния на снижение сыпучести материала, потому как капиллярные явления в полной мере проявляют в условиях, когда размеры частиц настолько малы, что роль их веса незначительна. Следует заметить, что интенсивность действия капиллярных сил напрямую зависит от количества свободной энергии в приповерхностном слое молекул жидкости. Поэтому, при повышении температуры, а следовательно, и количества свободной энергии жидкости, увеличивается и интенсивность действия капиллярных сил на границе раздела фаз «жидкость/газ/твёрдое». Так, например, рост капиллярного давления при сушке может приводить к капиллярной усадке материалов. Подводя итог вышесказанному можно заключить, что капиллярные явления имеют ключевую роль в приращении величины угла естественного откоса данного рудного концентрата, и при этом находятся в прямой зависимости от влажности, размера, температуры и гидрофильности его частиц. То есть по мере увеличения влажности, гидрофильности и температуры рудного концентрата будет увеличиваться значение его угла естественного откоса. А с учётом того, что влажность концентрата меняется в течение сушки, ещё раз подтверждается необходимость изучения кинетики сушки высушиваемых материалов для её учёта в проектировании сушильного барабана. 2.3. Теоретическое изыскание факторов, влияющих на величину коэффициента изменения угла естественного откоса Поскольку приращение величины угла естественного откоса имеет место ввиду действия капиллярных сил, оно возможно лишь при условии покрытия поверхности частиц капиллярно связанной влагой. Следовательно, при увеличении суммарной поверхности частиц, увеличится и количество влаги, необходимое для обеспечения её покрытия (см. рис. 20 а и рис. 20 б). 42 а) б) Рис. 20. Относительно крупные а) и мелкие б) частицы, покрытые слоем капиллярно связанной влаги. Следовательно, должна существовать зависимость коэффициента изменения угла естественного откоса от средней величины размера частиц сыпучего материала. Кроме того, как говорилось ранее в выводах к разделу 2.2, интенсивность действия капиллярных сил в массиве сыпучего материала находится в прямой зависимости от гидрофильности его частиц. При этом следует помнить, что капиллярные силы действуют в условиях, когда размеры капилляров (т.е., в данном случае промежутков между частицами) достаточно малы, чтобы вес жидкости не играл значительной роли. Соответственно, капиллярные силы в полной мере проявляют себя тогда, когда размеры и вес частиц сыпучего материала настолько малы, что их роль исчезающее мала. Следовательно, плотность частиц существенного влияния на интенсивность действия капиллярных сил в массиве сыпучего материала не оказывает. Тогда зависимость коэффициента изменения угла естественного откоса от удельной поверхности рудного концентрата может оказаться недостаточно показательным способом изучения его механических свойств. Причиной этого служит то, что плотность рудного концентрата имеет существенное влияние на величину его удельной поверхности, и может искажать показатели зависимости. Кроме того, предполагается, что при повышении температуры рудного концентрата увеличится и интенсивность действия капиллярных сил в свя- 43 зи с увеличением свободной поверхностной энергии на границе раздела жидкость/газ/твёрдое. Итак, на основании теоретического анализа ожидается, что величина коэффициента изменения величины угла естественного влажного рудного концентрата: - снижается пропорционально уменьшению средневзвешенного размера частиц; - увеличивается пропорционально повышению температуры окружающего воздуха или топочных газов; - увеличивается пропорционально повышению гидрофильности рудного концентрата; - не зависит от плотности рудного концентрата; - зависит от удельной поверхности рудного концентрата с весьма невысоким уровнем корреляции. 2.4. Определение удельной поверхности и средневзвешенного размера частиц рудного концентрата. Удельная поверхность сыпучих материалов в зависимости от степени их дисперсности и пористости составляет от единиц до тысяч квадратных метров на килограмм. Распространённым способом косвенной оценки удельной поверхности пробы является вычисление средневзвешенного размера частицы. Вычисление средневзвешенного размера частицы осуществляется путём статистической обработки результатов гранулометрического анализа пробы. Величина средневзвешенного размера частицы отличается от средней арифметической. Средневзвешенная величина учитывает количество частиц, имеющих каждый учтённый диаметр. Эта величина определяется по формуле [48] , мм (18) 44 где D – средний арифметический диаметр частицы в классе (например для класса -2+1 это 1,5), мм; γ – выход класса, %; n – количество классов, для которых определяется средневзвешенный размер частицы. Фактически, это размер «среднестатистической» частицы. Очевидно, что точно установить размер среднестатистической частицы путём статистического анализа возможно, лишь установив размер гранулометрический состав исследуемой пробы. Общепринятая практика исследований использует только часть методов, позволяющих определить гранулометрический состав сыпучего материала, и каждый из них имеет свои достоинства и недостатки [55]. На первый взгляд кажется, определение размеров частиц это вопрос элементарный. Однако понимание данного вопроса, является основой понимания результатов, получаемых различными методами анализа размеров частиц. Разнообразие форм частиц различных материалов делает процесс анализа размеров частиц, более комплексным вопросом, чем это кажется на первый взгляд. Даже для частиц, имеющих форму правильных многогранников, например, тетраэдров, вопрос о том, какой линейный размер считать их величиной, не может быть решён однозначно. А если частицы при этом имеют весьма угловатую текстуру, задача определения их удельной поверхности становится ещё более трудновыполнимой. Еще большие трудности возникают при определении размера "вытянутых" частиц [92]. То есть основной проблемой измерения размеров частиц является задача выразить одним числовым значением размер частицы, имеющей несколько величин, характеризующих ее размер. Поэтому, когда необходимо пользоваться какой-нибудь усредненной величиной, в качестве чаще всего используют «эквивалентный» радиус. Эквивалентным радиусом частицы называют радиус шара, какое либо выбран- 45 ное свойство которого совпадает со свойством реальной частицы [10]. Этим свойством может быть объём, вес, удельная поверхность и.т.д.. Именно диаметр такой сферы считается в данном случае линейным размером частицы. Причём чем больше отношение высоты частицы к ширине, тем больше разница между диаметром эквивалентной сферы и любым из этих двух размеров частицы [13]. Возьмем такую величину как вес, которая как объем, и площадь поверхности является универсальным числовым значением, характери- зующим объект. Итак, если у нас есть инструментарий для определения веса коробка, то полученное числовое значение веса мы можем преобразовать его в вес эквивалентной сферы: , (19) 3 где ρ - плотность тела, г/см . Таким образом, мы получили одно универсальное число для диаметра сферы, которая имеет такой же вес, как вес нашего коробка. Это теория эквивалентной сферы. Применение данной теории приводит к проявлению некоторых интересных эффектов, зависящих от формы объекта. Это наглядно иллюстрируется примером цилиндра и эквивалентной ему сферы. Таким образом решена проблема отражения размеров частиц, но неоднозначная ситуация возникает в случае измерения размеров плоских частиц. Может оказаться, что частица с диаметром 20мкм имеет толщину всего 0.2мкм. Прибор, измеряющий объем частиц, может дать результат - около 5мкм. Поэтому, возникает возможность дискутировать на предмет точности результатов, получаемых различными методами анализа крупности частиц. Например, что при просеивании через сито с размером ячейки, например 25мкм, все частицы, имеющие форму цилиндра с диаметром основания 20 мкм и длиной 40 мкм будут определены как частицы размером более 46 25мкм. При анализе методом лазерной дифракции, эти цилиндры будут определены как частицы с разными размерами [2]. Очевидно, если мы будем рассматривать частицу под микроскопом, то мы смотрим на нее в плоскостной проекции, в которой можно измерить несколько ее диаметров. И не смотря на то, что величины этих диаметров отличны друг от друга, каждый из них диаметров характеризует данную частицу [41]. Поэтому, важно понимать, что каждый метод определения размера частиц, основан на измерении различных характеристик частицы (максимальная длина, минимальная длина, объем, площадь поверхности и т.д.). Конечные результаты будут разными, в зависимости от применяемых методов, в каждом из которых применяется измерение разных физических характеристик частицы [25]. В данных условиях выбор метода определения гранулометрического состава существенно зависит от вида пробы, целей определения, необходимой точности результатов [11]. Современные методы гранулометрического анализа можно разделить на ситовые, седиментационные, полуэмпирические, оптические (счетной микроскопии), лазерной дифрактометрии [13]. Для гранулометрического анализа выбрано два метода: ситовой анализ и лазерная дифракция. Лазерная дифракция выбрана в силу её высокой точности, и возможности определения выхода широкого спектра классов за один тест пробы, а ситовой анализ применён для класса +0,106 мм для повышения точности анализа более мелких классов и сохранности лазерного анализатора за счёт вывода из теста крупных классов. После установления средневзвешенного размера частицы для вычисления удельной поверхности каждой пробы необходимо определить при помощи бинокуляра форму и коэффициент несферичности формы частицы. Коэффициент несферичности формы представляет собой соотношение между линейным размером частицы, полученным при ситовом анализе, и 47 диаметром эквивалентной по площади сферы. Чем меньше форма частицы коррелирует со сферой, тем выше величина коэффициента [10]. Величина коэффициента несферичности формы частицы определяется преимущественно двумя методами: -Прямой замер площади при помощи метода БЭТ, в совокупности с ситовым анализом. Такой метод позволяет непосредственно просчитать площадь частиц при известном гранулометрическом составе пробы. -Анализ формы частиц путём измерения скорости осаждения. Результаты именно такого метода чаще всего фигурируют в научных работах по причине того, что для осуществления данного метода не требуется дорогостоящее оборудование. Для оценки формы измеряется степень и характер влияния формы на аэродинамические свойства кусков породы. Проводятся исследования на модельных геометрических образцах и образцах породы. Результаты измерений силы лобового сопротивления и динамического коэффициента формы, рассчитываются как отношение лобового сопротивления образца к лобовому сопротивлению шара того же объема. Результаты обоих методов близки и достаточно сопоставимы. Результаты поиска и обобщения результатов изыскателей частных величин данного коэффициента для различных материалов приведены на рис. 21 [2, 52, 55, 64]. Кроме того, для расчёта удельной площади дисперсного материала необходимо знать его плотность. Сыпучий материал является сложной гетерогенной системой, состоящей из твёрдой фазы в виде отдельных частиц и газовой фазы, занимающей промежутки между частицами, открытые и закрытые поры. По этой причине различают несколько видов плотности дисперсного материала [51]: 1. Насыпная или объемная плотность – масса единицы объёма сыпучего материала, свободно насыпанного в какую либо ёмкость или отсыпанного на поверхность без уплотнения или слёживания. Данный параметр измеряется без вычета внутренних и наружных пор частиц, а также промежуточного пространства между ними, заполненных газом. В ряде случаев 48 объемную плотность определяют после механического уплотнения или встряхивания. [22, 53]; Рис. 21. Поправочный коэффициент площади частиц, имеющих несферическую форму и различную текстуру. 2. Кажущаяся плотность – масса единицы объёма твёрдой фазы без учёта наличия внутренних пустот. Данный параметр измеряется с вычетом объёма наружных пор частиц, а также промежуточного пространства между ними [29]; 3. Истинная плотность– это масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии, т.е. за вычетом объёма всех пор и пустот. Для получения величины данного параметра перед измерением избавляют материал от всех пустот. Для этого материал измельчают и истирают, просеивают через сито размерами отверстия 20 микрон. Затем пробу высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре выше 105ºC, охлаждают в эксикаторе. Пробу сокращают и определяют объем в плотном состоянии с помощью пикнометра или объемомера [94]. 49 Очевидно, что для расчёта соотношения между действительными размером частиц и их весом необходимо пользоваться кажущейся плотностью, которая учитывает возможные пустоты внутри частиц. 2.5. Определение гидрофильности рудного концентрата Кроме удельной поверхности на приращение угла естественного откоса дисперсного материала прямое влияние оказывает гидрофильность его частиц. Частица имеющая большую смачиваемость будет сильнее взаимодействовать с жидкостью, вследствие чего действие капиллярных сил в массиве будет значительно интенсивнее, чем в массиве, состоящем гидрофобных частиц. Следствием этого будет большее приращение величины угла естественного угла при тех же удельной поверхности и прочих условиях. Как известно, гидрофильность твёрдого тела может быть как определена углом краевого смачивания θ. Он определяется как угол между касательной АВ (см. рис. 22), проведенной к поверхности смачивающей жидкости, и смачиваемой поверхностью твердого тела АА, при этом всегда отсчитывается от касательной в сторону жидкой фазы. Касательную проводят через точку соприкосновения трех фаз: твердой фазы (рудный концентрат), жидкости (вода) и газа (сушильный агент) [79]. Рис. 22. Краевой угол смачивания θ капли жидкости (ж) на твердой поверхности (т); третья фаза -газ (г) Граничный контур (периметр основания капли) называется линией трехфазного контакта (ЛТК). Этот термин подчеркивает, что в смачивании участвуют три фазы: 1) твердое тело, 2) смачивающая жидкость, 3) фаза, которая находилась в контакте с твердой поверхностью до подвода жидкости [131]. 50 В соответствии с теорией Юнга-Лапласа, краевой угол определяется конкуренцией двух сил, действующих на ЛТК [80]. Одна из них это – сила притяжения молекул жидкости к ближайшим её молекулам на поверхности капли. В расчете на единицу длины ЛТК это сила поверхностного натяжения жидкости Yжг (мН/м). Вторая сила создается притяжением тех же молекул ЛТК к ближайшим молекулам на поверхности твердое тело-газ. Эта сила направлена вдоль поверхности твердого тела во внешнюю сторону от ЛТК. Юнг назвал ее силой адгезии (в мН/м) (adhesion - прилипание). Угол θ можно определить по параметрам капли [34]. при θ < 900 , при θ > 90 (20) 0 , (21) где r – радиус капли, мм; h - высота капли, мм. Экспериментально угол θ определяют прямым геометрическим измерением: проецированием на экран или бинокулярным наблюдением нанесенной на минерал (частицу) капли жидкости [31]. В настоящее время методики, связанные с проецированием и оконтуриванием капли, уступают место способам измерения краевого угла смачивания при помощи макрофотосъёмки высокой чёткости, а также с применением специализированных приборов [81]. При измерении путём макросъёмки, используют фотоаппарат. Дальнейшие измерения производятся при помощи персонального компьютера в среде растровых или векторных графических редакторов, либо систем автоматизированного проектирования (САПР), например AutoCAD (рис. 23) [31]. Если необходимо измерить краевой угол смачивания гидрофильного сыпучего материала, задача усложняется. Это связано с тем, что в случае измерения краевого угла смачивания гидрофильного материала капля, помещённая на сыпучий материал, будет просачиваться между частицами, и спроецировать, или сфотографировать её не представится возможным. 51 а б Рис. 23. Перевёрнутое изображение пузырька воздуха, прикрепленного к поверхности исследуемого материала (а) и пример компьютерной обработки полученной фотографии посредством САПР (б) В этом случае приходится несколько усложнять установку. Как видно на рис. 23, в этом случае имеет смысл сфотографировать не каплю, а пузырёк воздуха, закреплённый на поверхности материала в объёме жидкости. На основании вышеизложенного для определения гидрофильности испытуемых проб был применён метод макрофотосъёмки с последующей обработкой фотографий на ЭВМ, как метод, получивший широкую апробацию, и не требующий применения дорогостоящего оборудования. 2.6. Значение кинетики сушки рудного концентрата в вопросах его термической сушки Под кинетикой сушки понимается динамика удаления влаги из материала с течением времени. В это же понятие вкладывается отложенный параллельно график изменения температуры материала во времени [60]. Характер кинетических кривых определяется физико-химическими свойствами высушиваемого продукта и закономерностями тепломассообмена его с окружающей средой [57, 58]. Кинетика сушки чаще всего отображается графически и строится по опытным данным, полученным при взвешивании материала во время сушки [61]. Проведённые для оценки текущего состояния науки и техники в области сушки продуктов обогащения полезных ископаемых патентный и биб- 52 лиографический поиск позволили заключить следующее. Для создания оптимального режима сушки, кроме прочего, необходимо изучать кинетику процесса сушки. Это обусловлено тем, что соответственно меняющейся влажности меняется сыпучесть подлежащего сушке рудного концентрата. Кроме того, при смене периодов сушки, отражающихся кинетикой сушки, меняется и значимость влияющих на сушку факторов. Согласно научным трудам научной школы профессора В.И. Коновалова, время и энергия, затрачиваемые на время прогрева материала до конечной температуры обработки и собственно на сушку, сопоставимы по величине [35-40]. По этой причине В.И. Коновалов предлагает использовать для изучения, описания и моделирования процессов сушки сыпучих материалов единый подход на базе температурно-влажностных зависимостей, иначе говоря, на базе кинетики сушки. Поскольку механизм сушки влажных материалов определяется в основном формой связи влаги с материалом и режимом сушки или условиями испарения влаги с поверхности материала в окружающую среду, количество влаги, связанной с материалом тем или иным способом весьма показательно отражается на кривых кинетики сушки [37]. За основу классификации форм связи влаги с материалом долгое время была принята схема, предложенная акад. П. А. Ребиндером, согласно которой различают: 1) химическую связь влаги с материалом, 2) физикохимическую связь и 3) физико-механическую связь. Проф. М. Ф. Казанский экспериментальным путем подтвердил и несколько уточнил классификацию видов связи, предложенную П. А. Ребиндером. На основе теплофизического эксперимента он измерил с большой точностью разность температур Δθ поверхности тонкого образца высушиваемого материала и окружающего его воздуха. На основании экспериментальных данных он построил термограмму процесса сушки, совмещённую с кривой убыли массы влаги w=f/(τ), представленную на рис. 24. 53 Рис. 24. Принципиальная схема кинетики последовательного испарения влаги при сушке тонких капиллярно-пористых материалов. I — термограмма; II — кривая сушки. Виды связи влаги: а — осмотическая влага коллоидного тела или влага капиллярного состояния в порах; б — стыковая влага пор; в — капиллярная влага микропор; г — влага полимолекулярной адсорбции; д — влага мономолекулярной адсорбции; а, б — при радиусе грубых капилляров r>10-5 см; в — при радиусе грубых капилляров r<10-5 см. Проецируя сингулярные точки термограммы на соответствующую кривую сушки, М. Ф. Казанский установил последовательность удаления влаги, различным способом связанной с высушиваемым материалом. Согласно результатам его исследований, в первую очередь из материала удаляется влага связанная с ним физико-механически. Это капиллярная влага в макропорах, стыковая влага и капиллярная влага в микропорах. Затем удаляется физико-химически связанная влага. В последнюю очередь удаляется 54 влага, удерживаемая на материале силами полимолекулярной и мономолекулярной адсорбции. При этом процесс сушки разделяется на следующие периоды [68]. 1 период: нагревание материала (участок 1-2) До начала сушки материал имеет температуру, соответствующую точке 1' на кривой Ι. Затем в процессе нагревания материала его температура достигает величины 2', при котором начинается испарение жидкости. 2 период: начало сушки, удаление свободной жидкости с поверхности материала (участок 2-3) Далее в процессе нагревания материала его температура достигает величины 3' и остается стабильной до точки 4'. В это время скорость сушки (испарения) достигает своего максимума. 3 период: удаление остатков свободной жидкости из крупных трещин (участок 3-4) В этот период незначительно повышается температура материала. Влажность материала уменьшается до капиллярной Wк (точка 4). 4 период: удаление гигроскопически связанной жидкости (участок 4-5) На протяжении 4 периода начинает испаряться гигроскопическая влага. Диффузия влаги из внутренних слоев не компенсирует полностью испарение влаги с открытой поверхности (участок 4—5). 5 период: удаление сорбционной жидкости (участок 5-6) При дальнейшем нагревании (участок 5'—6') удаляется сорбционная влага (участок 5—6), прочно связанная с материалом. При равенстве температур и влажности материала и воздуха в сушилке наступает равновесное состояние и сушка заканчивается. Мировая практика показывает, что температурно-влажностные кривые для всех рассмотренных исследователями материалов удается выразить типовыми зависимостями по периодам и зонам, границы которых соответствуют смене лимитирующих явлений в процессе сушки [16, 46]. Показанная на рис. 24 кривая является принципиальной, но, несмотря на то, что некото- 55 рые участки могут пропадать из-за отсутствия в материале тех или иных видов связи влаги, а наклоны участков также вариативны, последовательность удаления влаги будет оставаться той же, а удаление влаги по слоям будет смещаться по времени. Следовательно, описание и расчет сушильных процессов лучше базировать на анализе и систематизации кинетических разновидностей сушки. Кроме кривых убыли массы и возрастания температуры материала, кинетику процесса сушки также возможно представить в виде одной кривой изменения скорости сушки (рис. 25) [14, 16]. Отрезок АБ соответствует начальному периоду сушки. Период сушки отражённый отрезком БВ, показывает, что после нагревания материала и достижения максимальной скорости испарения она становится постоянной (отрезок БВ). Затем (в точке В) наступает переломный момент, скорость сушки уменьшается. В периоды АБ и БВ содержание влаги от Wн снижается на максимальную величину (70—80%). В этот период сушка не зависит ни от крупности материала, ни от его начального влагосодержания, а лишь от режимов сушки: температуры сушильного агента, его скорости и влажности. [68] Рис. 25. Кривая, отражающая зависимость скорости сушки от влажности продукта 56 От точки В до точки Г происходит испарение гигроскопически связанной влаги с ненасыщенной поверхности. Скорость сушки на этом участке зависит от крупности, влагосодержания и диффузионных свойств материала, но практически не зависит от скорости и влажности агента. После испарения всей влаги из макропор опять наступает переломный момент (точка Г), и скорость сушки еще больше падает, и до Д испаряется сорбционная влага. Так же, как и кривые кинетики сушки, кривая скорости сушки также может принимать различные формы для различных материалов [56]. А. В. Лыков различает шесть возможных форм кривых скорости сушки [46]. Очевидно, что при такой значительной роли кинетики сушки в изыскании видов связи влаги с материалом, оптимальных режимов сушки и методов интенсификации, нельзя обходить стороной изучение температурновлажностных зависимостей, присущих каждому отдельно взятому материалу в вопросах его сушки. 2.7 Выводы по главе Были теоретически исследованы факторы, влияющие на сыпучесть рудных концентратов. Сделан вывод, что при проектировании усовершенствованных конструкций сушильного барабана следует учитывать следующие параметры рудного концентрата: 1. Угол естественного откоса в сухом состоянии. Теоретическим анализом сил, влияющих на частицу дисперсного материала, находящуюся на склоне в состоянии предельного равновесия, установлено, что угол естественного откоса, образующийся на лопатках сушильного барабана, является статическим. 2. Изменение угла естественного откоса рудного концентрата в зависимости от его влажности. Теоретически установлено, что с учётом дополнительных связующих капиллярных сил величина угла естественного откоса рудного концентрата подчиняется выражению (16). 57 3. Факторы, влияющие на величину коэффициента изменения угла естественного откоса (16). Теоретическим анализом установлено, что его величина зависит от среднего размера частиц, гидрофильности частиц данного рудного концентрата и температуры сушильного агента; 4. Кинетику сушки данного рудного концентрата. Динамика удаления влаги из высушиваемого концентрата имеет огромное влияние на конструкцию внутренних устройств сушильного барабана, так как вследствие изменения влажности меняется интенсивность действия капиллярных сил и угол естественного откоса данного концентрата. Причём кинетика сушки каждого рудного концентрата является принципиальной кривой, то есть наклоны участков кривой вариативны в зависимости от температуры сушильного агента. Но при этом последовательность удаления влаги, точки перегибов и соотношения наклонов всех участков кривой постоянны. 58 ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СЫПУЧЕСТЬ РУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ Исследования проводились на ряде проб следующих материалов: 1. Полевошпатовый концентрат Малышевской обогатительной фабрики с содержанием окиси железа (Fe2О3) 0,2% (класс крупности -1,18 +0 мм), (МПК 1.0); 2. Полевошпатовый концентрат Малышевской обогатительной фабрики с содержанием окиси железа (Fe2О3) 0,15% (класс крупности -1,18 +0 мм), (МПК 2.0); 3. Полевошпатовый концентрат Малышевской обогатительной фабрики с содержанием окиси железа (Fe2О3) 0,1% (класс крупности -1,18 +0 мм), (МПК 3.0); 4. Слюдяной концентрат Малышевской обогатительной фабрики (класс крупности -1,18 +0 мм), (МСК 1.0); 5. Измельчённая руда Новоширокинского ГОКа (класс крупности -3+0мм), (НШИ 1.0); 6. Измельчённая руда Новоширокинского ГОКа (класс крупности -3+0мм) (дубликат), (НШИ 2.0); 7. Измельчённая руда Новоширокинского ГОКа (класс крупности -2+0мм), (НШИ 3.0); 8. Измельчённая руда Новоширокинского ГОКа (класс крупности -1+0мм), (НШИ 4.0); 9. Измельчённая руда Новоширокинского ГОКа (класс крупности -2+1мм), (НШИ 5.0); 10. Измельчённая руда Ново-Широкинской обогатительной фабрики, проба НШИ 4.0, подвергнутая дополнительному измельчению в течение 20 минут (класс крупности -1+0мм), (НШИ 6.0); 11. Свинцовый концентрат Ново-Широкинской обогатительной фабрики (класс крупности -0,425+0мм), (НШК 1.0); 12. Флюоритовый концентрат Кличкинской обогатительной фабрики (Гарсонуйское месторождение) (класс крупности -0,106+0мм), (КК 1.0); 13. Гравитационный концентрат касситеритовой руды месторождения Гардунайское (класс крупности -0,425+0мм), (МК 1.0). 59 3.1. Краткая характеристика объектов исследования 3.1.1. Полевошпатовый и слюдяной концентраты ОАО «Малышевское рудоуправление» В настоящее время полевошпатовый концентрат производства ОАО «Малышевское рудоуправление» используется в производстве облицовочной плитки на Тюменском заводе облицовочных материалов. Полевошпатовый концентрат, получаемый в результате обогащения пегматоидных гранитов соответствует ГОСТ 23034-78. Пробы полевошпатового концентрата отобраны с ленты вакуум фильтра методом диагонального сечения (исходное питание сушилки). Основные характеристики проб МПК 1.0-3.0 указаны в таблице 1, пробы МСК 1.0 - в таблице 2. Таблица 1 Основные характеристики проб МПК 1.0-3.0 Наименование компонента Содержание, % Окись железа (Fe2О3), не более 0,1…0,2 Сумма окислов (К2О+Na2O), не менее Окись алюминия (Al2O3), не менее Двуокись кремния, не более 7 11,5 80 Таблица 2 Основные характеристики пробы МСК 1.0 Наименование компонента Содержание, % Двуокись кремния (SiO2), 44-50 Сумма полуторных окислов (AlO3), 32-40 Окись железа (Fe2O3), не более 5,0 Окись магния (MgO), не более 2,0 Окись калия (K2O), не менее 8,0 Пятиокись фосфора (Р2O5), не более 0,1 Трехокись серы (SO3), не более 0,1 Посторонние примеси минерального 5,0 происхождения. не более 3.1.2. Измельчённая руда Ново-Широкинской обогатительной фабрики Главными породообразующими минералами измельчённой руды НовоШирокинской обогатительной фабрики являются кварц и прочие силикаты, калиевые полевые шпаты, доломит и гидрослюда. Их суммарное содержание в руде составляет 77 %. 60 Основными рудными компонентами является сульфиды: пирит (10 %), галенит (7 %), сфалерит (2 %). К рудным компонентам относятся также золото и серебро. К рудным же компонентам можно отнести и сидерит (4 %) – карбонат железа, но он не представляет ценности в данной руде вследствие малого содержания. Пробы полевошпатово концентрата отобраны с ленты конвейера, транспортирующего дроблёную руду сразу после щековой дробилки, методом диагонального сечения. Минеральный состав проб НШИ 1.0-6.0 приведён в таблице 3. Таблица 3 Минеральный состав проб НШИ 1.0-6.0 Наименование компонента Содержание, % Кварц 43 Калиевые полевые шпаты 5 Доломит 14 Гидрослюда 15 Пирит 10 Галенит 7 Сидерит 4 Сфалерит 2 Всего: 100 3.1.3. Свинцовый концентрат Ново-Широкинской обогатительной фабрики Свинцовый концентрат на Ново-Широкинской обогатительной фабрике получают в процессе перечистки концентрата контрольной селективной флотации, которая получает в качестве питания хвосты основной коллективной флотации. Концентрат перечистной свинцовой флотации является кондиционным свинцовым концентратом. Проба свинцового концентрата отобрана с ленты вакуум фильтра методом диагонального сечения (исходное питание сушилки). Химический состав пробы НШК 1.0 приведён в таблице 4, минеральный – в таблице 5. 61 Таблица 4 Химический состав пробы НШК 1.0 Наименование компонента SiO2 Al2O3 Pb Zn Cu Fe общ MnO P2O5 TiO2 CaO MgO Sсульфитн Na2O K2O S общ As Au, г/т Ag, г/т Содержание, % 1,51 0,34 62,76 2,15 3,42 7,76 0,05 0,14 0,03 0,13 0,14 0,06 0,02 0,16 19,59 0,36 43,34 1535,63 Таблица 5 Минеральный состав пробы НШК 1.0 Наименование компонента Кварц Калиевые полевые шпаты Пирит Галенит Сфалерит Халькопирит Всего Содержание, % 8 2 20 65 4 1 100 3.1.4. Флюоритовый концентрат Кличкинского ГОКа Пробы флюоритового концентрата отобраны с ленты вакуум фильтра методом диагонального сечения (исходное питание сушилки). Минеральный состав проб КК 1.0; КК 2.0 приведён в таблице 6. 62 Минеральный состав пробы КК 1.0; КК 2.0 Наименование компонента Содержание, % Флюорит (CaF2) 92 Кальцит (CaCO3) 4 Кварц (SiO3) 1,5 Примеси 2,5 Таблица 6 3.1.5. Касситеритовый гравитационный концентрат, полученный на рудах месторождения «Гардунайское» Проба МК 1.0 (таблица 7) отобрана методом квартования от касситеритового гравитационного концентрата, полученного на рудах месторождения «Гардунайское» в ходе полупромышленного эксперимента. Таблица 7 Минеральный состав пробы МК 1.0 Наименование компонента Касситерит Пирит + Марказит Пирротин Сфалерит Станнин Галенит Арсенопирит Халькопирит Биотит Апатит Станноидит Анатаз Рутил Пиргаргирит Моусонит Фрейбергит Циркон Лейкоксен Кварц Содержание, % 71,43 8,4 5,28 3,45 3,11 2,93 1,79 1,4 0,9 0,56 0,15 0,15 0,12 0,06 0,03 0,02 0,02 0,1 0,1 63 3.2. Исследование кинетики сушки исследуемых проб рудных концентратов Изучение кинетики сушки сыпучих материалов в промышленной барабанной сушилке связано с несколькими проблемами [17]: -невозможность взвешивания материала, находящегося в процессе сушки в барабане; -затруднённое измерение температуры сушимого в сушилке материала. С целью исследования кинетики сушки рудных концентратов в лабораторных условиях на кафедре ОПИ и ВС Горного факультета разработан проект лабораторного сушильного аппарата для изыскания кинетики сушки сыпучего материала при режимах сушки, близких к режимам сушки барабанных промышленных сушилок (рис. 26) [69, 77]. В предлагаемом аппарате соотношение и последовательность контактного и конвективного способов сушки близки к этим параметрам промышленной барабанной сушилки. Аппарат защищён патентом РФ на изобретение № 2492397 [118]. Разработанный аппарат для сушки сыРис. 26. Лабораторный аппарат для сушки сыпучих материалов в разрезе. пучего материала, состоит из корпуса 1, оснащённого патрубками подачи или вывода сушильного агента 3 и 2, узлом загрузки 4 с винтовым механизмом 5 и узлом разгрузки 6 с зо- 64 лотниковым механизмом 7 высушиваемого материала, причём узлы загрузки и разгрузки соединены с корпусом с помощью гофрированных теплоустойчивых перемычек 8. Корпус оснащён механизмом фиксации 9 кольцевых полок с наклоном к периферии корпуса 10 и кольцевых полок с наклоном к периферии корпуса 11, кольцевой полкой 12, жёстко закреплённой на патрубке для возврата пыли уноса 13, и магнитным вибратором 14. Причём кольцевые полки 10 и 11 выполнены опирающимися друг на друга пластинчатыми упорами 15, а нижняя кольцевая полка опирается на кольцевой упор 16, приваренный к корпусу 1. Каждая кольцевая полка оснащена тремя пластинчатыми упорами, установленными по кругу через угол 120º. Кольцевые полки 11 образуют с корпусом кольцевые зазоры 17, а кольцевые полки 10 имеют отверстие в центре 18. Кольцевые полки выполнены заменяемыми, что позволяет регулировать соотношение и последовательность контактного и конвективного способов сушки для подстройки к отдельно взятой промышленной барабанной сушилке. При разработке аппарата для сушки сыпучих материалов предусмотрены следующие технические решения: 1) сушильный агент подаётся в нижний 2 или верхний 3 патрубок подачи сушильного для моделирования сушки в прямоточной или противоточной барабанной сушилке; 2) эффективность использования сушильного агента повышается за счёт того, что он последовательно проходит через материал, находящийся и пересыпающийся на каждой кольцевой полке; 3) аппарат дополнительно снабжается патрубком возврата пыли-уноса 13, который расположен таким образом, чтобы избежать повторного уноса потоком сушильного агента из патрубка 2; 4) аппарат дополнительно снабжается магнитным вибратором (осциллятором); 5) корпус аппарата снабжен теплоизолирующим слоем; 65 6) корпус аппарата выполнен расширяющимся в зонах подачи и отвода сушильного агента. Построение кинетики сушки сыпучего материала может быть осуществлено также при помощи сушки пробы в подовой печи. С течением времени фиксируется убыль массы образца. Зафиксированные данные отображаются на координатной сетке. На оси абсцисс отображается время сушки, а на оси ординат влажность пробы [98]. Для трёх проб Малышевского полевошпатового концентрата (МПК 1,0; 2,0; 3,0) было проведено изыскание кривой кинетики сушки. Пробы замачивались дистиллированной водой до появления свободной жидкости над поверхностью пробы. Затем пробы высушивались в подовой печи при температуре 120ºС. На протяжении сушки каждый лоток с пробой взвешивался через каждые 10 минут. Пробы высушивались до постоянной влажности. То есть удалялась свободная влага, влага макропор, микропор, а также сорбционная влага. Химически связанная влага не удалялась, так же, как и при промышленной сушке в барабанных сушилках. По этой причине она не учитывалась, и высушенная до постоянной массы проба условно считалась имеющей нулевую влажность. Полученные графики, отражающие убыль массы пробы в зависимости от времени сушки отражены на рис. 27. По графикам кинетики сушки трёх проб полевошпатового концентрата видно, что несмотря на различие во времени сушки и начальной влажности, лимитирующие перегибы у всех графинов соответствуют одним и тем же значениям влажности. Исходная влажность и время сушки, отображённые на данной кривой кинетики сушки, превышают значения промышленной сушки в барабанной сушилке. Это связано с тем, что данная характеристика охватывает больший интервал влажности материала, и получена при меньшей температуре. Но при этом известно, что кинетика сушки является принципиальной характеристикой и может быть интерполирована на другое время сушки и исходную влажность [68, 16, 46]. 66 Рис. 27. Кинетика сушки проб МПК 1.0-3.0 Общая аппроксимированная кривая сушки, интерполированная на промышленные влажность и время сушки, показана на рис. 28. Рис. 28.Общая аппроксимированная кривая сушки проб МПК 1.0-3.0 для промышленных условий 67 3.3. Исследование зависимостей угла естественного откоса исследуемых проб рудных концентратов от их влажности В естественных условиях угол естественного откоса определяется прямым замером (например, угломером) [29]; в лабораторных условиях для этой цели применяется весьма широкий спектр методик и приборов [34], самым распространённым из которых является прибор, описанный в ГОСТ 28254 – 89 С. 2 [21]. Для определения статического угла естественного откоса тонкодисперсных сыпучих материалов, например зол, Семибратовским филиалом НИИОГаз разработан руководящий документ РТМ 26-14-10-78 «Пыль промышленная. Лабораторные методы исследования физико-химических свойств», регламентирующий методы определения как статического угла естественного откоса, так и динамического [62]. Автором другого прибора, получившего широкое распространение является В. Г. Науменко. С помощью этого прибора возможен замер статического угла сыпучего материала как в воздушно-сухом состоянии, так и под водой. Замер производится с помощью диска с нанесёнными на него концентрическими кругами, на который установлен вертикальный тарировочный стержень. Искомый угол измеряется по откосу, остающемуся после удаления избыточных масс грунта с диска. В данном случае мы имеем дело с измерением статического угла естественного откоса. После проведения библиографического и патентного поиска и выявления набора самых распространённых методик и приборов для определения угла естественного откоса изготовлено пять приборов для измерения статического и динамического углов естественного откоса (рис. 29) [67]. Приборы № 1 и 2 служат для измерения динамического угла естественного откоса [20, 21], а приборы 4 и 5 - для измерения статического угла естественого откоса [12, 42]. Данные приборы изготовлены по образцам существующих приборов, указанных в стандартных методиках и ГОСТах. Прибор «УВТ-3М» (№3) наиболее близко моделирует условия, при которых 68 происходит образование угла естественного откоса во вращающемся барабане сушилки. Данный прибор был изготовлен с целью проверить факт наличия на лопатках барабанной сушилки статического угла естественного откоса. Рис. 29. Изготовленные приборы для определения угла естественного откоса сыпучих материалов. Для замера угла естественного откоса на приборе №3 проба рудного концентрата загружается в ёмкость (рис. 30 а). Образование угла естественного откоса в приборе №3 происходит в момент поворота ёмкомсти с пробой на 90º (рис. 30 б). После поворота ёмкость оказывается около закреплённого на прозрачной стенке прибора транспортира. При этом условия образования угла естественного откоса повторяют образование угла естественного откоса на поворачивающейся лопатке сушильного барабана. Рис. 30. Образование угла естественного откоса в приборе №3. 69 На данных аппаратах проведена серия тестов сухой пробы НШК 1.0 по пять измерений в идентичных условиях. Результаты измерений угла естественного откоса приведены в таблице 8 [75, 78]. Таблица 8. Результаты измерений угла естественного откоса сухой пробы НШК 1.0 Прибор №1 (стат. угол ест. отк.) №2 (стат. угол ест. отк.) №3 (модел-е угла в сушилке) №4 (динам. угол ест. отк.) №5 (динам. угол ест. отк.) замер №1 38 40 замер №2 41 38 замер №3 39 39 замер №4 39 39 замер №5 38 40 48 49 47 48 49 50 42 47 38 49 44 48 49 49 40 Кроме того, проведена серия экспериментов на аттестованной согласно ГОСТ 27802-93 установке для измерения статического угла естественного откоса. Полученное на данной установке значение динамического угла естественого откоса (39º) соответствует значению, полученному при помощи изготовленных приборов для измерения статического угла естественного откоса. На основании полученых данных построена диаграмма, показывающая разницу между показаниями приборов, а также разницу между показаниями одного прибора (рис. 31). Каждому прибору на данной диаграмме соответствует четырёхугольник, верхняя граница которого показывает максимальное из пяти показаний прибора, а нижняя - минимальное из пяти показаний. По даннной диаграмме видно, что точность аппаратов № 1 и 2 практически идентична, но при этом в процессе измерений на аппарате № 2 образующая линия склона имеет выгнутый вид, и для получения угла естественного откоса её необходимо аппроксимировать. Результаты же аппарата № 5 явно занижены, по причине того, что верхняя часть образуемого пробой конуса при проведении испытаний разрушается (рис. 32). 70 Рис. 31. Результаты измерений угла естественного откоса сухой пробы НШК 1.0, полученные на изготовленных приборах Если линию склона продлить, восстановив его образующую, представляется возможным получить данные, но такая методика вносит значительную долю неточности и субьективных ошибок. По показаниям же приборов №1, №2 и №4 на основании данной диаграммы можно сделать вывод, что угол естественного откоса, образуемый при помощи прибора №3, как и угол естественного откоса, образующийся на лопатках барабанной сушилки, действительно является статическим. Рис. 32. Проведение испытаний сухой пробы НШК 1.0 на приборе № 5. Поскольку вопросах сушки сыпучих материалов фигурируют влажные материалы, угол естественного откоса которых существенно 71 отличается от угла естественного откоса сухих дисперсных материалов. Поэтому задачей, решаемой в ходе дальнейших исследований являлось экспериментальное выявление зависимости между углом естественного откоса и влажностью испытуемой пробы. Пробы, подготовленные для исследований замачивались до появления свободной влаги над поверхностью материала, после чего проводилась их сушка в сушильном шкафу при температуре 120ºС. При этом периодически производилось перемешивание проб, и отбор представительных навесок для замера угла естественного откоса. Отбирались навески для замера угла естественного откоса в горячем и холодном состоянии при помощи прибора №3. После каждого замера угла естественного откоса навеска взвешивалась, и высушивалась далее отдельно с цельо определения её влажности. На основании полученных данных построены графики, отражающие зависимость угла естественного откоса от влажности материала для каждой пробы. На рис. 33-55 приведены графики, и описывающие их функции, являющиеся результатом математической обработки экспериментальных данных. Рис. 33. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы КК 1.0 от её o влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. 72 Рис. 34. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы КК 1.0 от её o влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. Рис. 35. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШК 1.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. 73 Рис. 36. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШК 1.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. Рис. 37. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы МСК 1.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. 74 Рис. 38. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы МСК 1.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. Рис. 39. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы МПК 1.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. 75 Рис. 40. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы МПК 1.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. Рис. 41. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы МПК 2.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. 76 Рис. 42. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы МПК 3.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. Рис. 43. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы МК 1.0 от её o влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. 77 Рис. 44. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы МК 1.0 от её o влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. Рис. 45. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 1.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. 78 Рис. 46. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 2.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. Рис. 47. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 2.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. 79 Рис. 48. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 3.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. Рис. 49. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 3.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. 80 Рис. 50. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 4.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. Рис. 51. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 4.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. 81 Рис. 52. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 5.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. Рис. 53. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 5.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. 82 Рис. 54. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 6.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 22 C. Рис. 55. Зависимость угла естественного откоса влажной пробы НШИ 6.0 от o её влажности при температуре окружающего воздуха 100 C. 83 Полученные экспериментальным путём функции соответствуют теоретически установленной зависимости (16). Кроме того, получило экспериментальное подтверждение то, что при увеличении температуры влажного сыпучего материала растёт величина коэффициента изменения угла естественного откоса. В таблице 9. приведено увеличение данного коэффициента для различных проб при температуре окружающего воздуха 100ºС относительно величины при температуре окружающего воздуха 22ºC. Таблица 9. Приращение величины коэффициента изменения угла естественного откоса для различных проб при температуре 100ºС относительно величины при температуре 22ºС. Величина коэффициента изменения угла естественного откоса Наименование сыпучего материала при температуре при температуре º 22 С, ед 100ºС, ед 15,12 16,8 МК 1.0 21,6 41,5 МПК 1.0 8,6 18,1 МСК 1.0 5,14 8 КК 1.0 9,32 НШИ 1.0 9,21 10,21 НШИ 2.0 8,93 9,8 НШИ 3.0 8,43 9,78 НШИ 4.0 10 11,8 НШИ 5.0 8,23 9,92 НШИ 6.0 6,78 8 НШК 1.0 По представленным данным отчётливо видно, что величина коэффициента изменения угла естественного откоса данного концентрата увеличивается в зависимости от температуры окружающего воздуха. Причём, чем больше величина коэффициента изменения угла естественного откоса, тем значительнее она увеличится при повышении температуры рудного концентрата. Полученные экспериментальным путём данные подтверждают гипотезу, выдвинутую в выводах к главе II. 84 3.4. Исследование удельной поверхности и средневзвешенного размера частиц исследуемых проб рудных концентратов Для проведения гранулометрического анализа было отобрано квартованием 16 проб (в.т.ч. дубликаты) массой от 0,25 до 0,8 кг в зависимости от массы исходной пробы. Все пробы удовлетворяют условию представительности на основании диаметра максимального куска. Схема проведения гранулометрического анализа представлена на рис. 56. Ситовой анализ проводился до крупности -0,106мм, а класс -0,106мм направлялся на лазерную дифракцию. Рис. 56. Схема проведения гранулометрического анализа. Ситовой и дифрактометрический анализы были проведены в аккредитованной металлургической лаборатории ЗАО «СЖС Восток Лимитед» в г. Чита (аттестат аккредитации № РОСС RU/001 21ЧЦ28 от 2 августа 2011г.). В соответствии со схемой проведения гранулометрического анализа произведено предварительное разделение проб ситовым анализом на классы крупности (мм): +2мм; -2+1,18; -1,18+0,425; -0,425+0,212; -0,212+0,106; 0,106. Ситовой анализ проведен на механическом встряхивателе. Длительность каждого теста 10мин. Продукты ситового анализа взвешены на аналитических весах для расчёта выхода каждого. Результаты ситового анализа приведены в таблицы 10-20. 85 Таблица 10 Результаты ситового анализа пробы НШИ 1.0 Выход класса Класс крупности, мм гр. % +2 2,66 0,75 -2+1,18 140,97 39,56 -1,18+0,425 114,29 32,07 -0,425+0,212 38,09 10,69 -0,212+0,106 26,02 7,30 -0,106 34,32 9,63 Исх.руда (расчёт.) 356,35 100 Исх.руда 356,7 Таблица 11 Результаты ситового анализа пробы НШИ 2.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 1,09 55,41 116,58 43,70 29,39 38,22 284,39 284,58 % 0,38 19,48 40,99 15,37 10,33 13,44 100 Таблица 12 Результаты ситового анализа пробы НШИ 3.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 2,15 89,93 183,06 83,14 68,21 119,20 545,69 546,14 % 0,39 16,48 33,55 15,24 12,50 21,84 100 86 Таблица 13 Результаты ситового анализа пробы НШИ 4.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 11,06 148,6 76,53 38,93 67,03 342,15 342,51 % 3,23 43,43 22,37 11,38 19,59 100 Таблица 14 Результаты ситового анализа пробы НШИ 5.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 8,25 407,79 122,99 0,53 1,06 11,89 542,51 542,48 % 1,52 75,17 20,83 0,10 0,20 2,19 100,00 Таблица 15 Результаты ситового анализа пробы НШИ 6.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 0,00 0,42 165,05 126,19 103,09 132,37 527,12 527,85 % 0,00 0,08 31,31 23,94 19,56 25,11 100,00 87 Таблица 16 Результаты ситового анализа пробы НШИ 2.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 0,00 0,00 1,13 5,85 34,78 205,31 247,07 247,61 % 0,00 0,00 0,46 2,37 14,08 83,10 100,00 Таблица 17 Результаты ситового анализа пробы МПК 1.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 0,00 0,29 87,46 391,33 193,06 115,20 787,34 788,64 % 0,00 0,04 11,11 49,70 24,52 14,63 100,00 Таблица 18 Результаты ситового анализа пробы МСК 1.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 0,00 0,15 10,19 85,09 126,52 82,71 304,66 304,83 % 0,00 0,05 3,34 27,93 41,53 27,15 100,00 88 Таблица 19 Результаты ситового анализа пробы МК 1.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 0,00 0,00 0,28 29,26 123,76 171,83 325,13 325,44 % 0,00 0,00 0,09 9,00 38,06 52,85 100,00 Таблица 20 Результаты ситового анализа пробы КК 1.0 Класс крупности, мм +2 -2+1,18 -1,18+0,425 -0,425+0,212 -0,212+0,106 -0,106 Исх.руда (расчёт.) Исх.руда Выход класса гр. 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 318,61 318,61 318,65 % 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 100,00 100,00 0,00 Лазерная дифракция класса -0,106 выполнена на анализаторе Malvern Mastersizer 2000 Hydro (рис. 57). Рис. 57. Анализатор Malvern Mastersizer 2000 Hydro: 1-оптический модуль анализатора; 2-модуль диспергирования; 3-персональный компьютер 89 Результаты дифракционного анализа класса -0,106мм для каждой пробы представлены в приложении А. На основании результатов лазерной дифракции по формуле (18) рассчитывался средневзвешенный размер частицы в классе -0,106мм. Затем на основании результатов ситового анализа и средневзвешенного размера частицы в классе -0,106мм по формуле (18) рассчитывался средневзвешенный размер частицы каждой пробы. Например, для пробы НШИ 1.0 средневзвешенный размер частицы в классе -0,106 составит ((0,356*1,06)+(0,893*11,59)+(2,518*6,14)+(6,325*2,14)+(17,825*12,56)+( 45* *20,23)+(100,237*29,68)+(200*16,6))/100=74,69мкм=0,075мм. Тогда средневзвешенный размер частицы в данной пробе составит ((2*0,75)+(1,59*39,56)+(0,8025-32,07)+(0,3185*10,69)+(0,159*7,3)+ +(0,075*9,63))/100=0,95мм. Аналогично рассчитана величина средневзвешенного размера частицы для остальных исследуемых проб. Проведена математическая обработка полученных гранулометрических данных, и данных исследования угла естественного откоса исследуемых проб (рис. 58). Установлено, что существует зависимость коэффициента изменения угла естественного откоса исследуемых проб от размеров их средневзвешенных частиц. Полученные экспериментальных в данных результате зависимости математической показывают, обработки что величина коэффициента изменения угла естественного откоса рудного концентрата пропорциональна размеру его средневзвешенной частицы. Полученные экспериментальным путём данные подтверждают гипотезу, выдвинутую в выводах к главе II. Для измерения величины кажущейся плотности частиц рудных концентратов использовался простой и универсальным метод определения кажущейся плотности материала - пикнометрический метод [51]. Навески для 90 измерения плотности готовились путём сушки до постоянного веса при температуре 120ºС. Рис. 58. Зависимость коэффициента изменения угла естественного откоса B исследуемых проб НШИ от размеров их средневзвешенных частиц D. Для исследования применялся пикнометр объёмом 100мл. Он тщательно отмывался и высушивался в сушильном шкафу. Затем пикнометр высушивался на электронных весах. Далее через воронку в пикнометр загружалась предварительно подготовленная навеска исследуемого сыпучего материала. Наполненный материалом до отметки 90мл пикнометр взвешивался на тех же электронных весах. Затем пикнометр наполнялся дистиллированной водой до отметки 100мл, чтобы она полностью покрыла всю навеску. Для удаления пузырьков воздуха пикнометр нагревался на песочной бане в течение 30 мин после закипания жидкости. После этого доливалась дистиллированная вода до прежнего уровня, капли со стенок горлышка пикнометра удалялись фильтровальной бумагой, а пикнометр взвешивался на тех же электронных весах. После этого содержимое пикнометра удалялось, пикнометр хорошо промывался и высушивался. Затем пикнометр наполнялся до метки дистиллированной во- 91 дой и взвешивался. После этого рассчитывалась кажущаяся плотность рудного концентрата. М (m2 m1 ) Ж , г/см3, (m4 m1 ) (m3 m2 ) (22) где m1 – масса пикнометра, г; m2 – масса пикнометра с навеской, г; m3 – масса пикнометра, наполненного испытуемым сыпучим материалом с водой, г; m4 – масса пикнометра с водой, г. Кажущуюся плотность материала определяли параллельно для двух навесок с погрешностью не более 0,01 г между результатами и вычисляли среднее арифметическое. На основании вышеперечисленных данных определены средневзвешенный размер частиц и удельная поверхность каждой пробы. Полученные для каждой пробы данные представлены в таблицы 21. Таблица 21. Коэффициент неправильности формы Средневзвешенная площадь частицы, мм Кажущаяся плотность частиц дисперсного материала, г/см3 Удельная площадь дисперсного материала, м2/кг 1 НШИ 1.0 НШИ 2.0 НШИ 3.0 НШИ 4.0 НШИ 5.0 НШИ 6.0 НШК 1.0 Средневзвешенный размер частицы, мм материала Наименование сыпучего Расчёт удельной площади исследованных дисперсных материалов, м2/кг 2 0,95 0,72 0,62 0,5 1,4 0,38 0,072 3 1,79 1,79 1,79 1,79 1,79 1,79 1,99 4 5,11 2,93 2,19 1,41 10,92 0,81 0,032 5 2.85 2.85 2.85 2.85 2.85 2.85 5.09 6 0,28 0,36 0,42 0,53 0,19 0,69 2,05 92 1 МПК 1.0 МСК 1.0 МК 1.0 КК 1.0 КК 2.0 КК 3.0 2 0,31 0,22 0,16 0,089 0,089 0,088 3 2,12 0,47 2,12 1,69 1,69 1,69 4 0,62 0,069 0,17 0,043 0,043 0,042 Окончание таблицы 21 5 6 2.75 0,89 2.95 1,17 4.53 1,05 3,12 2,68 3,12 2,69 3,12 2,72 Экспериментальные данные математически обработаны на ЭВМ. Выявлены зависимости коэффициента изменения угла естественного откоса исследуемых проб от их удельной поверхности на единицу массы (рис. 59). Рис. 59. Зависимость коэффициента изменения угла естественного откоса B исследуемых проб НШИ от их удельной поверхности на единицу массы V. Полученные экспериментальных в данных результате зависимости математической показывают, обработки что величина коэффициента изменения угла естественного откоса рудного концентрата обратно пропорциональна его удельной поверхности на единицу массы. Полученные экспериментальным путём данные подтверждают гипотезу, выдвинутую в выводах к главе II. 93 Но при этом легко заметить, что данные зависимости имеют меньшие коэффициенты корреляции, чем зависимости коэффициента изменения угла естественного откоса исследуемых проб НШИ от размеров их средневзвешенных частиц, что подтверждает гипотезу, выдвиннутую в разделе 2.3. То есть, для исследования механических свойств рудных концентратов рациональнее использовать зависимости коэффициента изменения угла естественного откоса исследуемых проб от размеров их средневзвешенных частиц. Причиной этому служит то, что определие размера средневзвешенной частицы значительно менее трудоёмко, чем определение удельной поверхности пробы. Кроме того, на величину размера средневзвешенной частицы не оказывает влияния плотность частиц, снижающая точность зависимости для определения коэффициента изменения угла естественного откоса. 3.5. Исследование гидрофильности исследуемых проб рудных концентратов Для измерения углов краевого смачивания рудных концентратов была изготовлена стеклянная кювета. Кювета выполнена прямоугольной формы, чтобы избежать искажения изображения капли или пузырька. Измерения проводили следующим образом. Исследуемый материал загружали в кювету, расположенную на подставке. Далее включали лампуосветитель. Затем устанавливали фотоаппарат таким образом, чтобы объектив находился примерно на уровне поверхности исследуемого материала. После этого с помощью шприца с Г-образной иглой выдавливали пузырек воздуха в массив сыпучего материала. Игла аккуратно удалась. Геометрические параметры пузырька фиксировали с помощью фотокамеры. Полученное цифровое изображение обрабатывали на ПК с помощью векторной САПР и определяли искомый угол смачивания. Полученные данные приведены в таблицы 22. Экспериментальные данные математически обработаны на ЭВМ. Выявлены зависимости коэффициента изменения угла естественного откоса 94 исследуемых проб от размеров их угла краевого смачивания (гидрофильности) (рис. 60, 61). Таблица 22. Величины угла краевого смачивания испытуемых проб. Наименование сыпучего материала Величина угла краевого смачивания, град. Измельчённая руда Ново-Широкинской обогати30 тельной фабрики (НШИ) Свинцовый концентрат Ново-Широкинской обо45 гатительной фабрики (НШК 1.0) Полевошпатовый концентрат Малышевской обо8 гатительной фабрики (МПК 1.0) Слюдяной концентрат Малышевской обогати27 тельной фабрики (МСК 1.0) Продукт доводки гравитационного концентрата касситеритовой руды месторождения Гардунай12 ское (МК 1.0) Флюоритовый концентрат Кличкинской обогати70 тельной фабрики (КК) Рис. 60. Зависимость коэффициента изменения угла естественного откоса B исследуемых проб от размеров их угла краевого смачивания θ (гидрофильности) при температуре окружающего воздуха 22º С. Полученные экспериментальных в данных результате зависимости математической показывают, обработки что величина 95 коэффициента изменения угла естественного откоса рудного концентрата снижается пропорционально его углу краевого смачивания. Полученные экспериментальным путём данные подтверждают гипотезу, выдвинутую в выводах к главе II. Рис. 61. Зависимость коэффициента изменения угла естественного откоса B исследуемых проб от размеров их угла краевого смачивания θ (гидрофильности) при температуре окружающего воздуха 100º С. 3.6 Единая зависимость коэффициента изменения угла естественного откоса от гидрофильности, температуры и гранулометрического состава рудного концентрата. В результате математической обработки экспериментальных статистических данных обнаружены зависимости коэффициента изменения угла естественного откоса от: - гидрофильности рудного концентрата; - средневзвешенного размера частиц рудного концентрата; - удельной поверхности на единицу массы; - температуры данного рудного концентрата. Зависимости коэффициента изменения угла естественного откоса от плотности не обнаружено. От зависимости коэффициента изменения угла естественного откоса от удельной поверхности на единицу массы при 96 дальнейшей математической обработке решено отказаться в пользу зависимости коэффициента изменения угла естественного откоса от средневзвешенного размера частиц рудного концентрата. Причиной этого послужили низкие коэффициенты корреляции, как и говорилось в разделе 3.4. Для обработки массива полученных экспериментальных данных с целью получения единой зависимости коэффициента угла естественного откоса от гидрофильности, температуры и гранулометрического состава рудного концентрата использовался программный продукт «Microsoft Office Exel». В процессе обработки получены функции зависимости коэффициента изменения угла естественного откоса от гидрофильности и средневзвешенного разо мера частиц исследуемых проб для температур рудного концентрата 22 С и о 100 С. Они имеют следующий вид: z=10+22 *0.77(0.22*y+-0.5)-4.5*0.02(0.09*x) (23) о для температуры 22 С, z=10+100*0.77(1*y+-2)-4.5*0.10(0.09*x) (24) о для температуры 100 С, где В – коэффициент, отражающий зависимость угла естественного откоса сыпучего материала от его влажности и устанавливаемый опытным путём для каждого сыпучего материала. D – Средневзвешенный размер частицы, мм. θ – краевой угол смачивания сыпучего материала, град. Эти функции были аппроксимированы в одну с выявлением значения, соответствующего температуре испытуемой пробы. Коэффициент корреляции составил 0,89. Полученная единая функция, описывающая зависимость величины коэффициента изменения угла естественного откоса от средневзвешенного размера частицы, краевого угла смачивания сыпучего материала и температуры окружающего воздуха имеет вид , (25) 97 о где Т – температура окружающего воздуха, С. Для визуализации полученной функции использовался «3D Grapher». Это программный пакет для графического отображения трёхмерной поверхности, визуально отражающей функцию, полученную методами статистического анализа экспериментальных данных. Графическое отображение данных функций в виде поверхностей для температур окружающего воздуха 22 и 100 о С представлено на рис. 62. Для проверки данной функции (25) с помощью неё и функции (16) рассчитан угол естественного откоса влажного свинцового концентрата Новоширокинского ГОКа (НШК 1.0) при его температуре 50ºС и влажности 4%. Расчётный угол естественного откоса составил 71,4 град.. После этого угол естественного откоса данного концентрата в заданных условиях измерен экспериментально при помощи прибора №3. Экспериментально измеренный угол естественного откоса составил 74. Расхождение расчётного и экспериментального результатов составило 3,6%. а б Рис. 62. Зависимость величины коэффициента В от средневзвешенного размера частицы, краевого угла смачивания рудного концентрата при температуре окружающего воздуха а) 22ºС и б) 100ºС. 98 Полученная функция может найти применение в любых технических отраслях, где необходимо вычислить точную величину угла естественного откоса сыпучего материала в заданных условиях влажности [93]. Основной областью применения полученной функции, является проектирование внутренних устройств промышленных барабанных сушилок с учётом угла откоса высушиваемого материала, и его изменением на протяжении сушки с целью максимально полного использования внутреннего объёма барабана. 3.7. Физическое моделирование распределения рудного концентрата по сечению барабана Для проверки эффективности лопаток, усовершенствованных с учётом физико-химических свойств рудного концентрата, путём физического масштабного моделирования на кафедре ОПИиВС ЗабГУ была сконструирована установка, моделирующая движение сушимого рудного концентрата в сечении сушильного барабана. Установка представляет собой часть барабана натуральной длиной 5 см (Рис. 63). Рис. 63. Схема установки, моделирующей движение сушимого рудного концентрата в сечении сушильного барабана (горизонтальное положение). 1 - станина; 2 - приводной вал; 3 - основание барабана; 4 - барабан; 5 - смотровое стекло; 6 - фиксирующий круг для смотрового стекла; 7 - двигатель; 8 - ведущий шкив; 9 - ведомый шкив; 10 - приводной ремень; 99 В основании барабана концентрически проточены окружности для крепления в них барабанов различного диаметра. Благодаря этому возможно моделирование диаметров барабана 3,5; 3,2; 3,0; 2,8; 2,5; 2,2; 2,0 в масштабе 1:10, а также моделирование диаметров барабана 1,6; 1,25; 1,0 в масштабах 1:10 и 1:5. Радиально проточены 36 канавок для крепления в них лопаток различного профиля. Благодаря этому внутри сечения моделируемого барабана возможно установить набор внутренних устройств любой конструкции с числом лопаток 12 или 18. Частота вращения барабана регулируется от 1,5 до 3 об/мин. На данной установке была проведена серия опытов на пробе МПК 1.0 при влажностях от 0,0 до 10,98% с использованием стандартных лопаток, сдвоенных лопаток [116], и сдвоенных лопаток, усовершенствованных с учётом физико-химических свойств рудного концентрата. Причём усовершенствованные лопатки были спроектированы с использованием полученных формул (16) и (25). Моделирование движения сушимого рудного концентрата в сечении сушильного барабана проводилось следующим образом. Установка переворачивалась на станине таким образом, чтобы основание барабана приняло горизонтальное положение (вертикальное положение установки). В основание устанавливались барабан диаметром 320 мм стандартные лопатки в количестве 12 штук по образцу сушилок БН 1,610НУ-01, действующих на обогатительной фабрике Малышевского рудоуправления (масштаб 1:5). Исследуемая проба МПК 1.0. загружалась в барабан в количестве 20% от объёма барабана. Затем установка переворачивалась в горизонтальное положение. Клиноременная передача настраивалась на частоту вращения барабана 2 об/мин. Затем включался двигатель. Завеса падающего материала, образующаяся при каждом опыте, фиксировалась при помощи фото- и видеосъёмки. Затем полученные мультимедиа материалы обрабатывались на ЭВМ с выделения среднего контура образуемой устойчивой завесы рудного концентрата (рис. 64, 65, 66). 100 Рис. 64. Моделирование завесы сушимого рудного концентрата на пробе МПК 1.0 при использовании стандартных лопаток. Площадью завесы засчитывалась только та часть рабочей зоны сечения барабана (зона, не занимаемая лопатками и лежащим на них материалом), где стабильно происходило ссыпание пробы. Случайные единичные осыпи материала в других зонах как часть завесы не засчитывались. Полученные изображения загружались в векторную САПР AutoCAD для подсчёта доли площади завесы в общей площади рабочей зоны сечения барабана. Далее проведён математический анализ результатов экспериментальной проверки эффективности лопаток, усовершенствованных с учётом физико-химических свойств рудного концентрата. 101 Рис. 65. Моделирование завесы сушимого рудного концентрата на пробе МПК 1.0 при использовании сдвоенных лопаток. Согласно анализу результатов опыта, стандартные лопатки показали минимальное значение площади завесы (0%) при 10,98% влажности, а максимальное (70%) при 0,38% влажности (рис. 67). Сдвоенные лопатки показали минимальное значение площади завесы (0%) при 10,71% влажности, а максимальное (84,9%) при 0,31% влажности (рис. 67). Лопатки, усовершенствованные с учётом изменения угла естественного откоса показали минимальное значение площади завесы (69,5%) при 7,97% влажности, а максимальное (87,8%) при 0,22% влажности (рис. 67). То есть при влажности пробы, близкой к нулевой, все конструкции лопаток показали высокие площади завесы рудного концентрата. Но при повышении влажности концентрата и снижении его сыпучести площадь завесы неизбежно снижалась в большей или меньшей степени (рис. 67). 102 Рис. 66. Моделирование завесы сушимого рудного концентрата на пробе МПК 1.0 при использовании усовершенствованных сдвоенных лопаток. На основании анализа полученных экспериментальных данных сделан вывод, что наименьшую эффективность имеют стандартные лопатки, так как при их использовании площадь завесы при повышении влажности концентрата снижалась наиболее значительно. Сдвоенные лопатки показали высокую площадь завесы только при влажности 0-2,25%, так как приспособлены именно для данной сыпучести рудного концентрата, а при её значительном изменении, показатели данной конструкции лопаток снижаются. При этом лопатки, усовершенствованные с учётом изменения сыпучести рудного концентрата показали высокую равномерность и полноту заполнения сечения барабана завесой падающего материала при всех значениях влажности. Кроме того, было установлено, что для материала, имеющего влажность выше значения, соответствующего углу естественного откоса 90 по 103 формуле (16), внешний круг лопаток (имеющих пониженный угол наклона) следует исключить из конструкции внутренних устройств сушильного барабана. Рис. 67. Изменение площади завесы падающего рудного концентрата в зависимости от его влажности. 1 - сдвоенные лопатки, усовершенствованные с учётом изменения сыпучести рудного концентрата; 2 - сдвоенные лопатки; 3 - стандартные лопатки. Следовательно, учёт изменяющейся сыпучести рудного концентрата согласно формулам (16) и (25) позволяет увеличить площадь завесы падающего рудного концентрата в сечении сушильного барабана, и как следствие, эффективность конвективного теплообмена. 3.8. Выводы по главе Образуемый на лопатках сушильного барабана угол естественного откоса рудного концентрата является статическим, причём его величина подчиняется линейной функции (16). Данная линейная функция характеризуется коэффициентом изменения угла естественного откоса, величина которого: -уменьшается согласно линейной зависимости при уменьшении средневзвешенного размера частиц рудного концентрата; 104 -уменьшается согласно степенной зависимости при увеличении гидрофильности рудного концентрата; -увеличивается при увеличении температуры сушильного агента. При этом зависимость величины коэффициента изменения угла естественного откоса от средневзвешенного размера частиц и гидрофильности рудного концентрата, а также температуры сушильного агента подчиняется формуле (25). Формулы (16) и (25), сведённые в одну формулу расчёта величины угла естественного откоса имеют следующий вид: (26) Данная функция позволяет проектировать внутренние устройства сушильного барабана в соответствии с механическими свойствами подлежащего сушке рудного концентрата, и их изменением на протяжении сушки. Это обеспечивает максимально равномерное и полное распределение сушимого рудного концентрата по сечению барабана, и как следствие, значительно повышает эффективность конвективного теплообмена. 105 ГЛАВА IV. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В УСОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ВНУТРЕННИХ УСТРОЙСТВ СУШИЛЬНЫХ БАРАБАНОВ 4.1. Усовершенствование внутренних устройств барабанной сушилки на примере сушильного отделения Малышевского рудоуправления. Порядок проектирования усовершенствованных лопаток сушильного барабана и экономическая часть диссертационной работы будут изложены на примере сушильного отделения обогатительной фабрики Малышевского рудоуправления [83]. На примере сушильного отделения обогатительной фабрики Малышевского рудоуправления выполнена укрупнённая экономическая оценка применения результатов научно-исследовательской работы. На рис. 68 показана конструкция стандартных внутренних устройств промышленной барабанной сушилки, применяемой в данном сушильном отделении. Как видно, завеса падающего материала не закрывает всю площадь сечения барабана. Поток сушильного агента в таких условиях проходит по пути наименьшего сопротивления, то есть в свободное от высушиваемого материала пространство. Рис. 68. Конструкция стандартных внутренних устройств промышленной барабанной сушилки. Следствием этого являются низкая эффективность теплопередачи, повышенная скорость теплового агента, унос пыли. 106 Заводская конструкция внутренних устройств работающей в настоящее время сушилки барабанной БН 1,6 – 10НУ – 01 модернизирована. Заводские приемно-винтовые лопасти, подъемно-лопастные и секторные внутренние устройства заменены по всей длине барабана на однотипные зубчатые лопатки (см. рис. 13). Применение зубчатого края лопаток по всей длине барабана сушилки и шахматное их расположение на внутренней поверхности барабана повысило площадь завесы материала, но не решило в полной мере проблему недостаточно эффективного теплообмена. Недостаточная площадь завесы попрежнему отрицательно отражается на показателях процесса сушки полевошпатовых концентратов в целом. Визуальная оценка состояния завесы падающего материала в барабане, проведённая через смотровое окно топки сушилки показала, что завесой закрыто около 50 % сечения барабана. Завеса сдвинута в сторону окончания ссыпания материала с лопаток. Для компенсирования низкой эффективности теплообмена увеличено количество тепла, подаваемого в сушилку путём увеличения расхода топлива. Кроме того, вследствие снижения площади сечения основного потока теплового агента и увеличения его скорости имеет место значительный унос высушиваемого материала [43]. 4.2. Влияние повышенного расхода топлива на техническое состояние сушильного барабана Вследствие неудовлетворительно протекающего теплообмена подача топлива на факел сушилки была увеличена для достижения необходимой производительности. В результате корпус (барабан) и внутренние устройства барабанной сушилки в загрузочной части барабана в период эксплуатации подвергаются воздействию физической и химической коррозии в условиях повышенной температуры, в результате этого срок службы этой части барабана существенно снижается. На рис. 69 приведено место разрушения барабана и лопаток в районе загрузки. На рис. 70 - разрушение бандажа сушилки, ближайшего к топке. 107 Восстановление барабана сушилки осуществляется путём замены разрушенной части барабана на новую часть барабана длиной 3,2 м, изготовленной в механических мастерских предприятия. Рис 69. Места разрушений (1) барабана в районе загрузки сушилки. Рис. 70. Места разрушений барабана в районе бандажа сушилки, ближайшего к топке, 1 – отверстие в стенке барабана, 2 – опорный бандаж барабана. 108 На рис. 71 представлено разрушение уплотнений части барабана, примыкающей к топке сушилки. Рис 71. Техническое состояние уплотнений на «горячей» части барабана сушилки № 4. Уплотнение торцов барабана сушилки состоит из полос транспортерной ленты одной стороной жестко закрепленных на неподвижных частях камеры, а другой стороной облегающих вращающийся барабан сушилки. В связи с высокой температурой барабана и прямого попадания «языков» пламени факела горения топлива в зазор между каркасом топки и барабаном транспортерная лента быстро со стороны топки («горячей» части барабана) теряет свои эластичные свойства и высыхая, разрушается, т.е. практически сгорает. Срок службы уплотнения «горячей» части барабана составляет от 1 до 12 месяцев, а на «холодной» части барабана до 24 месяцев. Из вышеприведённого следует, что вследствие неэффективного теплообмена увеличен расход топлива, устройства барабана, близкие к загру- 109 зочной камере преждевременно выходят из строя вследствие повышенной температуры. 4.3. Влияние повышенного уноса рудного концентрата на техническое состояние газоочистной системы Стадия сухой очистки осуществляется в двух параллельно установленных циклонах ЦН-15-1000. Основной проблемой при эксплуатации циклонов в сушильном отделении является активный износ корпуса и выходных патрубков (рис. 72). в результате уноса значительной части сухого концентрата и высоких скоростей газовых потоков. Рис. 72. Места (1) износа корпуса и выходных патрубков циклона сушилки № 3. Применение металлической футеровки внутренней поверхностей рабочих поверхностей сильно затруднено в силу малого диаметра циклона. Кроме того, применение футеровки внутренней рабочей поверхности циклона (впервые в практике эксплуатации подобных установок) не снимает с повестки дня данную проблему, т.к. основная часть футеровки продолжает функ- 110 ционировать, а износ поверхности циклона продолжается только в пробиваемых абразивными частицами щелях между плитами футеровки. Кроме подвергающихся более жёстким условиям эксплуатации циклонов, подвергаются абразивному износу и другие точки газоочистного тракта. Например, осадительно-разгрузочная камера сушилки (рис.73) То есть, практикой эксплуатации циклонных установок установлено, что снижение объёма уноса частиц высушиваемого материала крайне положительно скажется на состоянии и сроке службы устройств газоочистного тракта. Из вышеприведённого следует, что вследствие снижения площади и равномерности завесы падающего материала имеет место значительный унос частиц концентрата, причём уносимыми абразивными частицами разрушаются стенки газоходов, а также возрастает нагрузка на газоочистную систему. Рис. 73. Места износа (1) разгрузочной камеры (2) барабанной сушилки №6 111 4.4. Влияние повышенного уноса рудного концентрата на запыленность и загазованность цеха Практика эксплуатации сушильного отделения показала, что следствием вышеперечисленных проблем является общий негативный фактор. Это запылённость и загазованность сушильного отделения, одними из основных причин которой являются: -разрушенное вследствие повышенной температуры уплотнение торца «горячей» части барабана сушилки с каркасом топки; -протёртые абразивным потоком, появившимся вследствие значительного уноса сухого концентрата, стенки газоходов и циклонов. Последствиями высокой запылённости и загазованности являются неудовлетворительные условия труда, и как следствие, его производительность. Очень негативно низкие качества воздуха для дыхания сказывается на состоянии здоровья персонала сушильного отделения. В комплексе это приводит к значительной текучке кадров, что негативно сказывается на общей квалификации штата сушильного отделения. 4.5. Проектирование сдвоенных лопаток при усовершенствовании внутренних устройств барабанной сушилки Принцип действия предлагаемых внутренних устройств показан на рис. 74. Данная конструкция имеет набор из двух типов лопаток, каждая из которых установлена под углом, определённым на основании выражения (26). Лопатки, расположенные ближе к центру сечения барабана, обеспечивают завесу материала в правой части сечения барабана (рис. 74 а). Лопатки же, расположенные ближе к периферии сечения барабана, обеспечивают завесу материала в левой части сечения барабана (рис. 74 б). Такое расположение лопаток барабана обеспечивает полное покрытие сечения барабана завесой высушиваемого материала (рис. 74 в) [76, 87]. Данная конструкция является усовершенствованной версией конструкции, разработанной А.Н. Храмовым (Патент РФ№ 2444686). Предлагаемая конструкция отличается тем, что в ней учитывается, что угол естествен- 112 ного откоса сыпучего материала во влажном состоянии увеличивается под действием капиллярных сил, действующих в пространстве между частичками, заполненном капиллярно связанной влагой. Также учитывается, что влажность, от которой напрямую зависит интенсивность действия капиллярных сил, меняется с течением сушки. То есть угол наклона лопаток обоих наборов изменяется по длине барабана [74]. Рис. 74 Принцип действия предлагаемых внутренних устройств барабанной сушилки. Для проектирования усовершенствованных лопаток необходимо: I. Определить статический угол естественного откоса воздушносухого высушиваемого материала. II. Провести гранулометрический анализ высушиваемого материала, и определить величину его угла краевого смачивания. III. Определить величину коэффициента изменения угла краевого смачивания при помощи зависимости (25). IV. Построить кривую кинетики сушки подлежащего сушке рудного концентрата. V. Единая кривая кинетики сушки накладывается на продольное сечение участка барабана, для которого проектируются перемешивающие лопатки. Точку, соответствующую заданной влажности высушенного продукта сушилки, следует соединить с концом рабочей и началом разгрузочной части барабана. Точку кривой, соответствующую влажности исходного питания сушилки следует соединить с началом рабочей части барабана. 113 В таком виде данная диаграмма показывает влажность материала в каждой точке длины рабочей части барабана (рис. 75). VI. Изготовить лопатки с углом наклонна непрерывно плавно меняющимся по длине барабана является достаточно сложной технической задачей. Поэтому изменение угла наклона лопаток рациональнее выполнить ступенчатым. В этом случае необходимо выбрать число ступеней изменения угла наклона лопаток. С увеличением числа ступеней увеличивается точность соответствия угла наклона лопаток углу естественного откоса материала, но при этом увеличивается трудоёмкость изготовления внутренних устройств. Примем число ступеней равным трём, так как результаты моделирования завесы на лабораторной установке на пробе МПК 1.0 показывают, что такое число ступеней изменения угла наклона лопаток достаточно для обеспечения высокой площади завесы. Рис. 75. Определение влажности высушиваемого материала в каждом из пяти участков внутренних устройств барабана. 114 Отложив точки изменения угла наклона лопаток на кривую кинетики сушки, мы видим, какая влажность соответствует каждой лопатке. В соответствии с построенным на основании выражения (25) графиком зависимости угла естественного откоса от влажности, используя выражение (16), определяем величину угла естественного откоса в начале каждого из участков внутренних устройств барабана. Далее в соответствии с определённым углом естественного откоса вычисляем угол наклона лопаток 1 и 2 к основанию лопастей 3 (рис. 76 б). При условии максимальной площади завесы падающего сушимого рудного концентрата ссыпание с лопатки 1 завершится в точке А, а с лопатки 2 - в точке Б (рис. 76 а). а б Рис. 76. Выбор угла наклона лопаток к основанию (лопасти). 1 – лопатки наружного круга; 2 – лопатки внутреннего круга; 3 – лопасти; 4 – корпус барабана. Тогда угол наклона лопаток составит: β = 45 + φст.влаж., град, (27) для лопаток 1 (рис. 77а), и α = 90 + φст.влаж., град, (28) для лопаток 2 (рис. 77б). При этом, согласно результатам физического моделирования, на тех участках барабана, где рудный концентрат имеет влажность выше значения, соответствующего углу естественного откоса 90 по формуле (16), лопатки 1 115 (рис. 76, 77) следует исключить из конструкции внутренних устройств сушильного барабана. Рис. 77. Выбор угла наклона лопаток к основанию (лопасти). 1 – лопатки наружного круга; 2 – лопатки внутреннего круга; 3 – лопасти; 4 – корпус барабана. 4.6. Расчёт производительности и массового расхода топлива сушильного барабана с усовершенствованными внутренними устройствами Для подсчёта экономической эффективности предлагаемого технического решения проведён расчёт технологических показателей сушильного барабана с усовершенствованными внутренними устройствами при условиях данного сушильного отделения [7, 8, 45]. Расчёт показателей после усовершенствования сушильного барабана проведён исходя из следующих условий: 1) средняя по длине барабана площадь завесы падающего рудного концентрата в сечении барабана увеличится на 49% (по результатам физического моделирования); 2) угол поворота барабана с момента выхода лопасти из завала до момента полного ссыпания материала с лопасти увеличится с 2,1 радиан (по данным действующей сушилки) до 3,174 радиан (по результатам физического моделирования). Исходные данные для расчёта представлены в таблицы 23. 116 Таблица 23 Исходные данные для укрупнённого технико-экономического расчёта эффективности предлагаемого технического решения Числовое значение Наименование величины 1 Материал Кажущая плотность материала, кг/м3 Насыпная плотность материала, кг/м3 Влажность рудного концентрата до сушки, % Влажность рудного концентрата после сушки, % Массовая производительность сушилки по высушенному материалу, кг/с Взаимное направление движения газа и материала Температура материала до сушки, оС Температура материала после сушки, оС Температура пыли на выходе из сушилки, оС Температура газа на входе в сушилку, оС Температура газа на выходе из сушилки, оС Угол естественного откоса высушиваемого концентрата (среднее арифметическое значение на протяжении сушки), о Температура наружного воздуха, оС Массовое отношение влаги в наружном воздухе, кг/кг Энтальпия наружного воздуха на массу его сухой части, Дж/кг Обозначение величины и расчётная формула до усовершенствования 3 после усовершенствования 4 ρМ 2590 2590 ρН 1402 1402 W1 0,14 0,14 W2 0,01 0,01 G2 2,1 2,1 прямоточное - - T1 22 22 T2 100 100 TП 120 120 t1 700 700 t2 220 120 φст.сух 67,5 67,5 to 20 20 do 0,01 0,01 io 40992 40992 2 флотационный полевошпатовый концентрат 117 Продолжение таблицы 23 1 Массовая доля в топливе 2 3 водород (H) XH 0,133 4 0 0,133 углерод (C) XC 0,863 0,863 азот (N) XN 0,0005 0,0005 кислород (O) XO 0,0005 0,0005 сера (S) XS 0,003 0,003 зола (A) XA 0,00025 0,00025 вода (H2O) XW 0 0 Отношение массы летучих веществ к массе сухой части топлива XЛ 1 1 Температура топлива, оС tТ 15 15 Частота вращения барабана Длина приёмно-винтовых лопаток, м Длина лопастных внутренних устройств, м Длина секторных внутренних устройств, м Высота лопасти, м Теплоёмкость сухого топочного газа, Дж/(кг*К). Теплоёмкость абсолютно сухого материала, Дж/(кг*К) Максимально допускаемая скорость газа на выходе из сушилки, м/с Свл.в. - удельная теплоёмкость влажного воздуха при температуре, равной tо Сс.в. о - удельная теплоёмкость сухого воздуха при температуре, равной tо μ l1 3,2 1,1 3,2 1,1 l2 10 10 l3 0 0 h 0,3 0,3 Cсг 1430 1430 Со 900 900 U"Г 1 1 (Cвл.в.)0 1020 1020 (Cс.в.)0 1005 1005 C"сг 1352,4 1352,4 C"П 1869 1869 η 0,98 0,98 CП 2015 2015 ξ 0,25 0,25 ν 0,0000487 0,0000487 λ 0,0462 0,0462 δИЗ. 0,05 0,05 С"П - теплоёмкость водяного пара при температуре на выходе из сушилки С"сг - теплоёмкость топочного газа на выходе из сушилки, Дж/(кг*К). Коэффициент полезного действия топки Теплоёмкость подяного пара при температуре на входе в сушилку Коэффициент трения материала ν - теплопроводность (Вт/(м*к)) газа при средних значениях параметров λ - и кинематическая вязкость (м2/с) газа при средних значениях параметров Толщина теплоизоляции барабана 118 Окончание таблицы 23 1 Теплопроволность теплоизоляции, Вт/(м2*к).для воздушной теплоизоляции λИЗ. = 0,098. Длина разгрузочной части барабана 2 3 4 λИЗ. 0,098 0,098 Lразгр 0,3 0,3 Длина загрузочной части барабана Плотность газа у внутр. поверхности стенок барабана, кг/м3 Lзагр 0,5 0,5 ρГвнутр. 0,626 0,626 Скорость газа у внутр. поверхности стенок барабана, м/с UГ внутр. 1,18 1,18 Плотность газа у внеш.поверхности стенок барабана, кг/м3 ρГ внеш. 0,798 0,798 Скорость газа у внеш. поверхности стенок барабана, м/с UГ вшеш. 0,59 0,59 Z ω 12 0,21 12 0,21 Y 0,10 0,10 Общее число лопастей Угловая скорость барабана, рад/с Коэффициент замедления барабана материалом Результаты укрупнённого технико-экономического расчёта эффективности предлагаемого технического решения и расчётные формулы в последовательном порядке представлены в таблицы 24. Таблица 24 Результаты укрупнённого технико-экономического расчёта эффективности предлагаемого технического решения Наименование величины Обозначение величины и расчётная формула Числовое значение до усовер- после усошенствовершенствания вования 3 4 0,005 0,005 1 Массовая доля влаги в пыли, ед 2 Wп=0,005*W2 Массовая доля уносимого из сушилки материала Xун=(3...10)*10-2 0,15 0,10 WΔ=G2(0,01*W10,01*W2+Xун(W1+WП) *0,01)/(1-W1*0,01) 0,37 0,35 1,20 1,20 14,33 14,33 Массовая производительность сушилки по влаге, кг/с Относительный массовый выход водяного пара при сгорании топлива Масса сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, отнесённая к 1 кг массы топлива, кг/кг XП LO 119 Продолжение таблицы 24 1 Высшая теплота сгорания топлива, Дж/кг 2 3 4 QВ 46000000,0 46000000,0 QН=QВ-XП*r r=2,5*106 43007500,0 43007500,0 718,50 718,50 1453,08 1453,08 1452,89 1452,89 3867600,00 3867600,00 3,48 3,48 lсг=1+αвLo-XПXА 49,60 49,60 d1=(αв*Lo*do+XП)/lсг 0,03 0,03 Количество теплоты, необходимой для испарения 1кг влаги из материала, Дж/кг qo=iп-СW*T1 где СW - теплоёмкость воды, равная 4187 Дж/(кг*К) 3775486,00 3775486,00 Теплоёмкость абсолютно сухого материала, Дж/(кг*К) Со 900,00 900,00 С"М=(1-ω2)C0+ω2CW 932,87 932,87 qM=(G2G"M((T2T1)+Xун(Г=TП-T1)))/WΔ 490084,10 487468,15 qС=(85…170)*103 120000,00 120000,00 Свл.г.=Ссг+d1*CП 1498,85 1498,85 Свл.г.=С"сг+d1*C"П 1416,27 1416,27 qсг = (q0+qM+qC)/(Cвл.г.*t1C"вл.г.*t2) 5,95 4,98 Низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг Теплоёмкость золы топлива, Дж/(кг*К) Теплоёмкость горючей части топлива, Дж/(кг*К) Теплоёмкость топлива, Дж/(кг*К) Энтальпия водяного пара, находящегося в топочном газе, Дж/кг Коэффициент избытка воздуха в газе на входе в сушилку, αв Относительный массовый выход сухого газа при сгорании топлива, кг/кг Массовая доля водяного пара в сухих газах, кг/кг Теплоёмкость высушенного материала, Дж/(кг*К) Количество теплоты, необходимой для нагревания материала, отнесённое к 1кг испарённой влаги, Дж/кг Количество теплоты, теряемой в окружающую среду, отнесённое к 1кг испарённой влаги, Дж/кг Теплоемкость влажного газа на входе в сушилку, Дж/(кг*К) Теплоемкость влажного газа на выходе из сушилки, Дж/(кг*К) Расход сухого газа на испарение 1кг влаги, кг/кг С3=711+0,5*tт СГ=837+3,76*(0,13+ХЛ)*(13 0+tТ) СT=ХА*СЗ+(1-ХWXA)*CГ+(ХW+СW) где СW - теплоёмкость воды, равная 4187 Дж/(кг*К) iП=2,49*106+1968*tT 1 в Qв СТtT (1 xП xА)CTt1 xПiП dT(iП iП) Lo(CTt1 doiП io) Lo(CТt1 doiП io) 120 Продолжение таблицы 24 1 Приращение относительного масового расхода сухого газа за счет неорганизованных присосов воздуха в сушилку, кг/кг Количество теплоты, теряемой в с отработанными газами, отнесённое к 1кг испарённой влаги, Дж/кг Расход теплоты на испарение 1 кг влаги с учётом всех тепловых потерь, Дж/кг Массовое отношение влаги в газе на выходе из сушилки, кг/кг Среднее массовое отношение влаги в газе в сушилке, кг/кг Средняя разность температур между газом и материалом в сушилке, ОС Средняя температура газа в сушилке, оС Объём смеси газов и водяного пара на массу сухих газов, м3/кг Средняя плотность влажного газа, кг/м3 Объёмный расход газа в сушилке , м3/с Обьёмный расход сухого газа на выходе из сушилки, м/с Необходимая площадь сечения барабана, м2 Необходимый внутренний диаметр барабана, м Принятый внутренний диаметр барабана, м Наружный диаметр барабана, м Средняя высота падения частиц материала, материала, м Средняя скорость падения частиц материала, материала с лопастей, м/с 2 3 4 lпр = 0,2qст 1,19 1,00 qг = qcт*(C"вл.г.*t2(Свл.в)0*t0)+ lпр*(С"сг*t2(Cc.в.)0*t0) 2008651,00 887689,98 q = (qo+qм+qг+qс)/η 6524715,41 5378208,29 d2 = (1/(qсг+lПР))+d1 0,17 0,20 dСР = (d1+d2)/2 0,10 0,12 ∆tср=((t1-T1)-(t2T2))/(2,3*lg(t1-T1)/(t2-T2) 322,60 186,96 tср =(T1+T2)/2+∆tср 383,60 247,96 Uo.ср. 1,79 1,79 ρвл.ср. =(1+dср)/Uо.ср. 0,62 0,63 VГ.СР.=(qСГ+lПР)*UО.СР.WΔ 4,72 3,77 V"Г = (qСГ+lПР)*U"дWΔ 2,12 1,69 F'δ=V"Г/(1-Y)*U"Г 2,35 1,88 1,73 1,55 ДВН≈Д'ВН 1,59 1,59 ДН 1,6 1,6 hCP 0,93 0,77 2,14 1,95 1 Д ВН . U П .СР . 4F ' Б 3,14 q * hCP 2 121 Продолжение таблицы 24 1 Средняя скорость газа вдоль оси барабана, м/с Средняя скорость газа относительно падающих частиц материала, м/с Среднее время падения частиц материала, материала с лопастей, с Средний диаметр частиц (усреднённый по площади поверхности), м Величина, обратная среднему диаметру частиц (усреднённому по площади поверхности), м-1 Площадь поперечного сечения материала на одной лопасти при её выходе из завала, м2 Угол поворота барабана с момента выхода лопасти из завала до момента полного ссыпания материала с лопасти, рад Линейная (по длине барабана) площадь поверхности частиц материала, падающих с одной лопасти, м Суммарная длина отрезков в поперечном сечении барабана, соответствующих поверхности соприкосновения газа с материалом, лежащим на лопастях и в завале, м Средняя высота скатывания частиц с лопастей, м Скорость скатывания частиц в конце лопасти, м/с 2 UСР. Г. = (4*VГ.СР.)/((1Y)*3,14*Двн2 3 4 2,64 2,11 3,40 2,87 0,44 0,40 δП.СР. = 1/(∑(xi/δi)) 0,000036 0,000036 ∑(xi/δi) 27523,20 27523,20 FМ.Л. 0,0532 0,0532 2 2 U Г . U CP . Г . U П .СР . 2hСР q П 2,1 3,174 (по данным (по данным работаюмоделирощих суши- вания завелок) сы) ß Fl = (6*ρH*τH*ω*FМЛ)/ß*δП.ср.*ρМ 209,561121 126,033033 5 SМ 7,78 7,78 h = SМ/Z*sin ψ 0,6 0,6 3,25 3,25 0,0017 0,0011 0,06 0,04 1,30 1,30 U CK 2 gh1 tg Начальная ширина струи материала, падающего с лопасти, ßстр = (ω*FМ.Л.)/(ß*Uск) м Средняя площадь сечения Fстр = hср*ßстр+hcp2 струи материала в попереч*tg(3,75+0,316*(ρвл.ср.Uср.г.)2) ном сечении барабана, м2 Средняя длина скатывания частиц материала с лопастей, lСК = (2*SМ)/Z м 122 Окончание таблицы 24 1 Тепловая мощность сушилки, расходуемая на нагревание материала и испарение влаги, Вт Массовый расход топлива в топке сушилки, кг/с 2 3 4 Q=WΔ*9(qO+qM) 1580616,92 1504178,42 Вт = (q*WΔ)/QМ 0,056 0,044 Проведённый расчёт показал, что после усовершенствования внутренних устройств сушильного барабана снизилась средняя ширина струи рудного концентрата, падающего с лопасти вследствие увеличения числа струй, что в целом положительно сказалось на равномерности и полноте распределения концентрата по сечению барабана. Вследствие этого увеличится эффективность конвективного теплообмена. При увеличении количества тепла получаемого концентратом от сушильного агента снизится количество тепла, выходящего из сушилки с отходящими газами, что положительно скажется на сроке службы уплотнений разгрузочной камеры. Кроме того, расчёт показал, что значительно снизится средняя скорость газа относительно падающих частиц материала, что несомненно приведёт к снижению уноса рудного концентрата и положительно скажется на сроке службы дымоходов, системы газоочистки и дымососов, а также на санитарно-гигиенических условиях труда в сушильном отделении. Согласно проведённому расчёту для достижения производительности по высушенному материалу 2,1 кг/с при влажности исходного питания сушилки 14% и требуемой влажности после сушки 1% массовый расход топлива в топке сушилки снизится с 0,056 кг/с до 0,044кг/с. Проведён расчёт затрат на усовершенствование сушильного барабана. При длине лопастных внутренних устройств 10 метров и числе лопаток в сечении барабана 12 общая длина швов, которыми приварены лопатки к барабану составит 120 метров. Длина швов для изготовления лопаток составит 240 метров. 123 Общая длина сварных швов 360 метров. При цене 500 руб. за 1м сварного шва стоимость сварных работ составит 180 000 руб. [89] Затраты на демонтаж лопаток при цене 100 руб. за метр составят 12000 руб. Количество листового 15мм металла на изготовление новых лопаток составит 3 тонны. Стоимость такого количества листового металла составит 60000 руб. Итого затраты на усовершенствование одного барабана составят 252000 руб. Затраты на шесть барабанов составят 1 512 000 руб. Учитывая, что каждая сушилка работает 9 часов в сутки 24 дня в месяц, экономия (0,056-0,044=0,011кг/с) на шесть сушилок составит около 9,3 тонн угля в месяц. При цене 1500 руб. за тонну угля дисконтированный доход в год составит 167961 руб. на один барабан. На шесть барабанов эта сумма составит 1 007 770 руб. Также при сокращении уноса материала сократятся расходы на ремонт трубопроводов и циклонов. Практика усовершенствования сушильного отделения ГОКа «Бор-Ундур» показывает, что после усовершенствования частота капитального ремонта трубопроводов и циклонов существенно снизилась. Укрупнённая оценка позволяет ожидать избегания протирания стенок трубопроводов абразивными потоками в количестве около 1,5 м2 в год. При этом предотвращённые затраты на ликвидацию этих дефектов составят около 30 000 руб. в год. Общая выгода от усовершенствования составит около 1 037 770 руб. в год. За полтора года и три месяца усовершенствование окупится и начнёт приносить доход по 1 037 770 руб. в год. Кроме того, значительно увеличится срок службы дымососов, циклонов, не нуждающихся более в частом ремон- 124 те, уплотнительных колец и внутренних устройств барабана [82], а также пропадёт значительная запылённость и загазованность, негативно сказывающихся на качестве работы и самочувствии персонала. Как следствие, снизится текучесть кадров. Технико-экономические показатели сушки полевошпатового концентрата на обогатительной фабрике Малышевского рудоуправления при использовании усовершенствованных внутренних устройств барабанной сушилки приведены в таблице 25. Таблица 25 Технико-экономические показатели усовершенствования на примере сушильного отделения обогатительной фабрики Малышевского рудоуправления Наименование параметра Угол поворота барабана с момента выхода лопасти из завала до момента полного ссыпания материала с лопасти, рад Количество потребляемого топлива, кг/с Затраты на топливо, руб./мес. Общая экономия от усовершенствования шести барабанов, руб/год. Предотвращённые затраты на ликвидацию дефектов дымоходов составят, руб/год. Общий доход от усовершенствования шести барабанов, руб/год. Дисконтированный доход от усовершенствования сушильных барабанов, руб. Числовое значение до усоверпосле усошенствова- вершенствония вания 3,174 2,1 0,056 65318,4 0,044 51321,6 - 1007770 - 30 000 - 1 037 770 - 2 639 080 4.7. Выводы по главе Согласно укрупнённому технико-экономическому прогнозу применение результатов научно-исследовательской работы при усовершенствовании внутренних устройств барабанных сушилок позволит специалистам при наличии весьма малой априорной информации рассчитать угол естественного 125 откоса высушиваемого рудного концентрата. Благодаря этому становится возможным практически без проведения опытных работ спроектировать усовершенствованные внутренние устройства барабанной сушилки с учётом кинетики сушки и зависимости угла естественного откоса высушиваемого материала от его влажности. Это позволит при минимальных затратах на проектирование и усовершенствование барабана снизить расход топлива, температуру отходящих газов за счёт более эффективного теплообмена между агентом и высушиваемым материалом, износ уплотнений барабана, а также унос материала за счёт снижения скорости сушильного агента. 126 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований в диссертационной работе решена актуальная научно- техническая задача, имеющая существенное значение для развития горноперерабатывающей отрасли: повышение эффективности энергоёмкого процесса термической сушки рудных концентратов на основе интенсификации конвективного теплообмена. Основные научные и практические результаты проведенных исследований заключаются в следующем: 1. Установлено и доказано, что угол естественного откоса рудного концентрата, образуемый на лопатках барабанной сушилки, является статическим. 2. Установлены зависимости угла естественного откоса от влажно- сти для следующего рудного материала: измельчённой руды НовоШирокинского рудника, слюдяного и полевошпатового концентратов Малышевской обогатительной фабрики, флюоритового концентрата Кличкинского горно-обогатительного комбината, гравитационного концентрата месторождения «Гардунайское». 3. Разработана математическая модель расчёта изменяющегося уг- ла естественного откоса влажного рудного концентрата в процессе сушки в виде линейной функции: φст.влаж.=φст.сух+W*B, град, зависящей от ряда параметров: влажности (W, %), угла естественного откоса сухого материала (φст.сух, ., град.), коэффициента изменения угла естественного откоса (В, ед), что позволяет определять рациональные конструктивные параметры при проектировании внутренних устройств барабанной сушилки. 4. Установлена зависимость величины коэффициента изменения уг- ла естественного откоса рудного концентрата (В, ед) от средневзвешенного размера частицы (D, мм), краевого угла смачивания (θ, град.) и температуры (Т, ºС) сушильного агента , позво- 127 ляющая сократить объём исследований свойств рудного материала перед проектированием внутренних устройств барабанной сушилки. 5. Разработан лабораторный сушильный аппарат, обеспечивающий изучение кинетики сушки рудного концентрата при соотношении конвективного и контактного теплообмена в соотношении, близком к промышленной барабанной сушилке (патент РФ №2492397), что повышает точность измерений и применимость полученных результатов при проектировании усовершенствованных внутренних устройств барабанных сушилок. 6. Разработана, создана и экспериментально апробирована лабора- торная установка, физически моделирующая завесу сушимого рудного концентрата в сечении сушильных барабанов разных диаметров, и оснащённых различными внутренними устройствами с целью изучения и совершенствования конструкции последних. 7. Установлена зависимость площади завесы падающего рудного концентрата в рабочей зоне сечения барабана от влажности для стандартных, сдвоенных и усовершенствованных сдвоенных внутренних устройств барабана при сушке полевошпатового концентрата Малышевской обогатительной фабрики. 8. Доказано влияние кинетики сушки, влажности, гранулометриче- ского состава, гидрофильности рудного концентрата и температуры сушильного агента на конструктивные параметры внутренних устройств барабанных сушилок, что подтверждает практическую значимость полученных результатов. 9. Разработаны усовершенствованные сдвоенные внутренние уст- ройства сушильного барабана, учитывающие кинетику сушки и зависимость угла естественного откоса рудного концентрата от влажности. Получен экономический эффект в размере 2 639 080 руб. 10. Результаты научно-исследовательской работы внедрены: в проектные бюро ЗАО «ТОМС-Инжиниринг» и ЗАО «РИВС-проект»; на обогати- 128 тельной фабрике ОАО "Малышевское рудоуправление"; в учебный процесс в ФГОУ ВПО ЗабГУ на кафедрах ОПИ и ВС и ОГР. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России: 1. Субботин М.Ю. Обоснование конструктивных параметров бара- банных сушилок физико-механическими свойствами сыпучих материалов / М.Ю. Субботин // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - Москва: Горная книга, 2014. - №12. – С. 218-223. 2. Субботин М.Ю. Повышение эффективности сушки сыпучих ма- териалов за счет интенсификации конвективного теплообмена / М.Ю. Субботин // Вестник Иркутского гос. техн. ун-та. – Иркутск: ИрГТУ, 2014. - № 6 (89). – 304c. – С.161-165. 3. Храмов А.Н. Влияние зависимости угла естественного откоса сыпучего материала от его влажности на конструкцию сушильных аппаратов / А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин // Вестник Забайкальского гос. ун-та. – Чита: ЗабГУ, 2013. – № 1 (92). - 170с. – С. 39-45. 4. Храмов А.Н. Выбор внутренних устройств барабанных сушилок при сушке флотационных концентратов / А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин, В.П. Хамьянов, Б.А. Кутлин // Горный журнал, 2014. – № 11(2208). – 116с. – С. 88-90. - в прочих изданиях: 5. Субботин М.Ю. Библиографическое исследование процесса сушки продуктов обогащения полезных ископаемых / М.Ю. Субботин // Кулагинские чтения: XI Междунар. науч.-практ. конф. – Чита: ЗабГУ, 2011. – Ч. III. – 263с. 6. Субботин М.Ю. Апробация методик оценки физико-механических свойств рудных концентратов с целью интенсификации их термической суш- 129 ки / М.Ю. Субботин // Междунар. молодёжная науч. школа «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых». Т.2. 19-23 ноября 2012 г. – Москва: ИПКОН РАН, 2012. – 544с. - С. 374-377. 7. Субботин М.Ю. Оценка методик определения угла естественного откоса сыпучего материала / М.Ю. Субботин // Кулагинские чтения: XII Межунар. науч.-практ. конф. – Чита: ЗабГУ, 2012. – Ч. VI. –161с. – С. 83-85. 8. Субботин М.Ю. Разработка лабораторного аппарата для сушки сыпучих материалов (тезисы доклада) / М.Ю. Субботин // Материалы XXXIX науч.-практ. конф. студ., магистрантов и аспирантов Забайкальского государственного университета. – Чита: ЗабГУ, 2012. – С. 318. 9. Храмов А.Н. Значимость угла естественного откоса мелкодисперсного материала в вопросе его термической сушки / А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин // Молодёжь и наука Забайкалья: материалы III молодёжной науч. конф. – Чита: ЗабГУ, 2013. – 116с. – С. 74-79. 10. Храмов А.Н. Изучение сыпучих свойств рудных концентратов с целью интенсификации их термической сушки / А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин // Инновационные процессы комплексной и глубокой переработки минерального сырья (Плаксинские чтения 2013): Материалы Междунар. совещ. Томск, 16-19 сентября 2013 г. - Томск: 15 августа 2013. – 535с. – С. 369-371. 11. Субботин М.Ю. Коэффициент приращения угла естественного откоса влажного сыпучего материала / М.Ю. Субботин // Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов: XIII Междунар. науч.практ. конф.: сб. ст. в 5 ч. – Чита: ЗабГУ, 2013. – Ч. III. – 203 с. – С. 52-56. 12. Субботин М.Ю. Результаты исследований угла естественного откоса концентратов обогатительной фабрики Малышевского рудоуправления / М.Ю. Субботин // Материалы XL науч.-практ. конф. студентов, магистрантов и аспирантов Забайкальского государственного университета в рамках Молодёжной научной весны – 2013. – Чита: ЗабГУ, 2013. – 167 с. – С. 83-84. 13. Субботин М.Ю. Методика проектирования модернизированных внутренних устройств для барабанной сушилки / М.Ю. Субботин // Моло- 130 дёжная научная весна – 2014: XLI Научно-практ. конф. студ., магистрантов и аспирантов Забайкальского государственного университета: сб. материалов: в 2 ч. Ч.I / ЗабГУ; ред.-сост. Т.Б. Бердникова, А.В. Шапиева. – Чита: ЗабГУ, 2014. – 264 с. – С. 133-136. 14. Субботин М.Ю. Значение угла естественного откоса влажного материала при его термической сушке / М.Ю. Субботин // Новые технологии в науке о Земле: материалы III Всерос. науч.-практ. конф. – Нальчик: Каб.Балк. ун-т, 2013. – С.143-147. Получен патент на изобретение 15. Пат. 2492397 Российская Федерация, МПК F26B17/14. Аппарат для сушки сыпучих материалов / А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин; патентообладатель: Забайкальский гос. ун-т. – № 2012113768/06, заявл. 06.04.2012; опубл. 10.09.2013, 3 с.: ил. 16. Подана заявка на предполагаемое изобретение, МПК F 26 B 17/12. Сушильный барабан / М.Ю. Субботин, А.Н. Храмов патентообладатель: Забайкальский гос. ун-т. 131 Библиографический список 1. Абуткина Е. Сорбционное оборудование для анализа удельной поверхности и распределения нанопор по размерам / Е. Абуткина // Наноиндустрия. – Москва: Рекламно-издательский центр "Техносфера". – 2009. – №4. – С. 54-59. 2. Алан Роул. Основные принципы анализа размеров частиц: техни- ческая аннотация, Malvern Instruments Limited. – Enigma Business Park. – 2009. – Инв. № MRK0034R-01. 3. Алтухов А.В. Закономерности времени пребывания дисперсного материала в барабанном аппарате с различной насадкой / А.В. Алтухов , А.А. Волненко , О.С. Балабеков // Science time. – Казань. – 2014. – № 5(5). – С.613. 4. Алтухов А.В. Исследование влияния конструкции внутреннего распределительного устройства на равномерность распределения материала в поперечном сечении сушильного барабана / А.В. Алтухов, О.С. Балабеков, А.В. Сапрыкин, М.В. Иванихина // Наука и образование Южного Казахстана. Серия: Механика и машиностроение. – 1997. – №7. – С.181-184. 5. Алтухов А.В. Исследование процесса распределения материала подвижной самовстряхивающей лопаткой / А.В. Алтухов, М.О. Балабеков, А.А. Алтухова // Материалы ІV межд. практ. конф. – Прага. – 2010 – С.26-29. 6. Алтухов А.В. Исследование эффективности насадки с Г- образным профилем барабанных сушильных агрегатов / А.В. Алтухов, О.С. Балабеков, А.В. Сапрыкин // Наука и образование Южного Казахстана. Серия: Процессы и аппараты химической технологии. – 1996. – №3. – С.277278. 7. Алтухов А.В. Методология совершенствования и расчета бара- банных сушильных агрегатов. Автореф. дис. докт. – Шымкент, 1999.-50с. 8. Алтухов А.В. Расчет максимального количества периферийных лопаток в сушильном барабане / А.В. Алтухов , А.А. Волненко , О.С. Балабеков // Science time. – Казань. – 2014. – № 5(5). – С.14-18. 132 9. Антипов С.Т. Комбинированные аппараты с закрученным пото- ком теплоносителя для сушки дисперсных материалов / С.Т. Антипов, А.В. Журавлев, Д.А. Казарцев, А.В. Бородкина, Д.А. Нестеров // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности апк – продукты здорового питания. – Воронеж: Некоммерческое партнерство "Технологическая платформа "Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПКпродукты здорового питания". – 2014. – № 2. – С.52-59. 10. Беленко О.А. Компьютерная методика определения размера частиц несферической формы / О.А. Беленко // Интерэкспо Гео-Сибирь, Сибирская государственная геодезическая академия. – Новосибирск. – 2005. – Т.5. – С.156-161. 11. Бирюков А.В. Задачи гранулометрии / А.В. Бирюков // Вестник кузбасского государственного технического университета, Издательство КузГТУ. – Кемерово. – 2012. - №6(94). – С. 8-9. 12. Биргер М.И. Справочник по пыле - и золоулавливанию / М.И. Биргер. – Москва: Энергоатомиздат. – 1983. – 312с. 13. Буданова Т.Е., Озмидов О.Р., Озмидов И.О. Современные методы изучения гранулометрического состава грунтов / Т.Е. Буданова, О.Р. Озмидов, И.О. Озмидов // Инженерные изыскания, Издательство «Геомаркетинг». – Москва. – 2013. – №8. – С.66-71. 14. Гатапова Н.Ц. Единый подход к кинетике и моделированию сушки растворителей, покрытий, жидких дисперсий, кристаллообразующих растворов и волокнистых материалов / Н.Ц. Гатапова, В.И. Коновалов // Вестник тамбовского государственного технического университета, Издательство Тамбовского государственного технического университета. – Тамбов. – №11, Т.10. – 2004г. 15. Гатапова Н.Ц. О температурных площадках при низкой высокотемпературной кондуктивно-барабанной сушке влажных материалов / Н.Ц. Гатапова, В.И. Коновалов, А.Н. Колиух, А.Н. Пахомов // Вестник тамбовского государственного технического университета, Издательство Тамбовского 133 государственного технического университета. – Тамбов. – №4-1, Т.10. – 2004г. – С. 968-977. 16. Гатапова Н.Ц. Теплофизические и кинетические особенности сушки дисперсий и кристаллообразующих растворов / Н.Ц. Гатапова, В.И. Коновалов, А.Н. Шикунов, А.Н. Пахомов, Д.В. Козлов // Вестник тамбовского государственного технического университета, Издательство Тамбовского государственного технического университета. – Тамбов. – №2, Т.9. – 2003. 17. Гайфуллина Р.Р. Экспериментальная установка для исследования кинетики сушки капиллярно-пористых материалов по вакуумно-импульсной технологии / Р.Р. Гайфуллина, М.С. Курбангалеев, З.И. Зарипов, Д.А. Анашкин // Вестник казанского технологического университета, Издательство Казанского государственного технологического университета. – Казань. – №2. – 2011г. – С.132-137. 18. Горячев В.И. Сушилки виброкипящего слоя для дисперсных материалов / В.И. Горячев, И.И. Михеев, С.Е. Воробьев // ГИАБ. – Москва: Горная книга. – 2014. – № 6. – С. 259-263. 19. Господинко О.И., Осадчий И.В., Сухов А.С. Разработка устройства контроля кинетики сушки сыпучих материалов в производстве изделий из капролактама / О.И. Господинко, И.В. Осадчий, А.С. Сухов // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: технические науки. – Ростов-на-Дону: Южный федеральный университет. – 2014. – № 2(177). – С.52-55. 20. ГОСТ 27802 – 93. Глинозём. Метод определения угла естественного откоса. – Введ. 01.01.95. – Москва: ИПК Издательство стандартов, 1995. – 8с.: ил. – С.4. 21. ГОСТ 28254 – 89. Комбикорма, сырье. Методы определения объемной массы и угла естественного откоса. – Введ. 01.01.91. – Москва: ФГУП «Стандартинформ», 2006. – 4с.: ил. – С.2. 134 22. ГОСТ 31376-2008. Смеси сухие строительные на гипсовом вяжущем. Методы испытаний. – Введ. 22.05.08. – Москва: Стандартинформ, 2010г. -19 с. 23. Долматова Ю.А. Исследование процесса сушки конверсионного карбоната кальция в трубе-сушилке / Ю.А. Долматова, А.А. Ермаков, М.О. Долматова // Инженерный вестник Дона. – Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ ЮФУ. – 2013. – Т. 24. № 1. С. 50. 24. Долматова М. О. Исследование процесса сушки асбестовых руд и сульфидных концентратов в трубах-сушилках с интенсифицирующими вставками: Авто-реф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук Долматова М. О. (Уральский государственный технический университет, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19). Изд-во УГГГА, Екатеринбург, 2004, 23 с, ил. Библ. 8. Рус. 25. Домкин К.И. Физические основы гранулометрического анализа частиц с помощью прибора «Analysette 22» compact / К.И. Домкин // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - Издательство Пензенского государственного университета. – Пенза. – 2007. – Т.2. – С. 63-64. 26. Дунаева Т.Ю. Математическая модель кинетики процесса свчсушки в периодическом режиме / Т.Ю. Дунаева, А.О. Мантуров // Гетеромагнитная микроэлектроника, Издательство ОАО Научно-исследовательского института "Тантал". – Саратов. – №7. – 2009г. – С.79-83. 27. Еремян Г.А. Повышение достоверности гранулометрического анализа горных пород посредством корреляции седиментационных и микроскопических исследований / Г.А. Еремян, А.Т. Росляк // Труды XVI Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 110-летию со дня основания горно-геологического образования в Сибири. Томск. – 2012. – С. 76-78. 28. Жукова Т. А. Пути интенсификации барабанных сушильных аппаратов / Т.А. Жукова, А.В. Алтухов // Вестник ТГТУ. – 2008. – № 3. 135 29. Иванова А.В. Технологические испытания глин / А.В. Иванова, Н. А. Михайлова / Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004. - 37 с. 30. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. Учебник для вузов - 10-е изд., стереотипное, доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. — М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. — 753 с. 31. Киселев М. Г. Определение краевого угла смачивания на плоских поверхностях / М.Г. Киселев, В.В. Савич, Т.П. Павич // Наука и техника, Издательство Белорусского национального технического университета. – Минск. – 2006. – №1. – С.38-41. 32. Кириллов К.М. Термическая сушка угля — ренессанс технологии / К.М. Кириллов, М.Ф. Пикалов // Уголь, ООО "Редакция журнала "Уголь" (Москва). – 2012. – №12(1041). – С.86-88. 33. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. Изд. 2-е, перераб. и доп. / Г.К. Клейн. – Москва: Стройиздат, 1977. 256 с. 34. Козин В.З. Исследование руд на обогатимость: учебное пособие. В.З. Козин ; Урал. гос. горный ун-т – Екатеринбург: Изд.-во УГГУ, 2008. – 314 с. 35. Коновалов В.И. К расчету внешнего тепло- и массообмена при сушке и нагреве волокнистых материалов / В.И. Коновалов, С.С. Самех Хануни, Е.Н. Туголуков, Н.Ц. Гатапова, И.Л. Коробова, Б.Н. Михайлов, Е.А. Сергеева // Вестник ТГТУ.- 1997.- Т. 3, №1-2.- С. 47-60. 36. Коновалов В.И. Математическое моделирование взаимосвязанных процессов сушки и нагрева / В.И. Коновалов, Н.Ц. Гатапова // Труды XV междунар. конфер. ММТТ-15. - Тамбов: ТГТУ, 2002. Явления переноса и их модели. С.166-170. Материалы с близкими диффузионным и термическим сопротивлениями: единый подход. С.170-176. 37. Коновалов В.И. Приближенные модели кинетики конвективной сушки тонких материалов / В.И. Коновалов, П.Г. Романков, В.Н. Соколов, А.П. Пасько // ТОХТ.- 1975.- Т. 9, № 4.- С. 501- 510. 136 38. Коновалов В.И. Пропиточно-сушильное и клеепромазочное оборудование / В.И. Коновалов, А.М. Коваль.– Москва: Химия, 1989.- 224 с. 39. Коновалов В.И. Современные аналитические подходы к энергосбережению. интегрированный подход. пинч-анализ. луковичная модель / В.И. Коновалов, Т. Кудра, А.Н. Пахомов, А.Ю. Орлов // Вестник тамбовского государственного технического университета, Издательство Тамбовского государственного технического университета. – Тамбов. – №3, Т.14. – 2008г. – С. 560-578. 40. Коновалов В.И. Явления переноса и кинетика промышленных процессов: модели и реальность / В.И. Коновалов // Сборник статей к 100летию П.Г. Романкова. Санкт-Петербург: СпбТИ, 2003.- 14 с. 41. Конончук П.Ю. Адаптация метода оптической счетной микроскопии для определения гранулометрического состава почв: автореф. дис. канд. сельско-хоз. наук / П.Ю. Конончук. – Санкт-Петербург.: Изд-во Агрофизического НИИ Россельхозакадемии, 2009. 42. Коптяев В.В. Механика грунтов: Методические указания к выполнению лабораторных работ / В.В. Коптяев. – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. – 29 с. 43. Кутлин Б.А. Отчет по результатам аудита отделения обезвоживания и сушки обогатительной фабрики ОАО «Малышевское рудоуправление»: отчёт о НИР / Б.А. Кутлин, А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин. – Санкт Петербург: ЗАО «РИВС-проект», 2012 г. 44. Кутовой В.А. Особенности механизмов термовакуумного процесса сушки и измельчения дисперсного материала / Кутовой В.А., Луценко А.С. // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – Харьков: Национальный технический университет "Харьковский политехн. ин-т". – 2014. – №1(119). – С.64-70. 45. Лебедев П. Д. Расчет и проектирование сушильных установок: учебник для ВУЗов / П. Д. Лебедев. — Москва: Госэнергоиздат, 1962. — 320 с.:ил. 137 46. Лыков А.В. Тепломассообмен: 2-е изд., перераб. и доп. / А.В. Лыков. — Москва: Энергия, 1978. — 480 с. 47. Максимов Н.П. Экспериментальные исследования режимов работы лабораторной вибрационной установки для сушки кеков / Максимов Н.П., Кибизов С.Г. // Горный информационно-аналитический бюллетень, Горная книга. – Москва. – №2. – 2000. – С.200-201. 48. Малкин З.М. О вычислении средневзвешенных значений в астрономии / З.М. Малкин // Астрономический журнал. – Академический научноиздательский, производственно-полиграфический и книгораспространительский центр РАН «Издательство «Наука». – Москва. – 2013 г. – С. 595. 49. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов: Учебник для вузов / Н.Н. Маслов. – Москва: Высш. школа, 1982. – 511 с. 50. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (дополненное и переработанное). Санкт-Петербург: НИИ Атмосфера, 2005. 51. Мордасов Д.М. Технические измерения плотности сыпучих материалов. Учебное пособие / Д.М. Мордасов, М.М. Мордасов. — Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. 80 с. 52. Морозов В.В. Разработка и применение критерия формы для оценки обогатимости угля пневматическим способом / В.В. Морозов, В.А. Адов // Горный информационно-аналитический бюллетень, Горная книга. – Москва. – №6. – 2010. – С.224-250. 53. МУ 34-70-050-83 (РД 34.09.107). Методические указания по инвентаризации угля и горючих сланцев на электростанциях. – Введ. 01.01.84. – Москва: СЦНТИ ОРГРЭС, 1970. 54. Мухтаров Я.С. Анализ химико-технологической системы обезвоживания осадков / Вестник казанского технологического университета // Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, В.А. Лашков. – Казань: Казанский государственный технологический университет. – 2014. – № 3(Т.17). – С.242-244. 138 55. Наумов С.В. Современные методы определения гранулометрического состава порошкообразных компонентов сварочных материалов / С.В. Наумов // Вестник пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – Издательство ПНИПУ. – Пермь. – 2012. – №1. – С.76-84. 56. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, М.П. Малков, А.А. Носков / Под ред. чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. — 10-е изд., перераб. и доп. — Ленинград: Химия, 1987. — 576 с. 57. Пахомов А.Н. Расчет кинетики сушки капли жидкости на подложке / Пахомов А.Н., Аль Саиди Б.Ш.Д., Ильин Е.А. // Вестник тамбовского государственного технического университета, Издательство Тамбовского государственного технического университета. – Тамбов. – №2-1, Т.19. – 2013г. 58. Пахомова Ю.В. Особенности механизма и кинетики сушки капель дисперсий (на примере сушки послеспиртовой барды / Ю.В. Пахомова, В.И. Коновалов, А.Н. Пахомов // Вестник тамбовского государственного технического университета, Издательство Тамбовского государственного технического университета. – Тамбов. – №3, Т.14. – 2008г. – С. 560-578. 59. ПНДФ 12.1.2-99. Методические рекомендации по отбору проб при определении концентраций взвешенных частиц (пыли) в выбросах промышленных предприятий. – Москва: Госкомитет РФ по охране окружающей среды. 1999. 60. Подгорный С.А. Влажностно-температурные кинетические зависимости при сушке / С.А. Подгорный, В.С. Косачев, Е.П. Кошевой, А.А. Схаляхов // Новые технологии. – Майкоп: Майкопский государственный технологический ун-т. – 2014. – №1. – С.43-47. 61. Рудобашта С.П. Массопроводность при сушке коллоидных капиллярно-пористых материалов / С.П. Рудобашта, Г.А. Зуева, В.М. Дмитриев, Н.А Зуев // Известия высших учебных заведений. серия: химия и химиче- 139 ская технология. – Иваново: Ивановский государственный химико- технологический ун-т. – 2014. – № 1. – С. 103-107. 62. Руководящий документ РТМ 26-14-10-78 «Пыль промышленная. Лабораторные методы исследования физико-химических свойств». 63. Сажин В.Б. Автореф. дис. докт. техн. наук. Научные основы техники сушки дисперсных материалов при эффективных гидродинамических режимах взвешенного слоя / Сажин В. Б. Рос. хим.-технол. ун-т, Москва, 2000, 39 с. 64. Селяев В.П. Программный комплекс для анализа распределения частиц наполнителя по размерам / В.П. Селяев, Т.А. Низина // Строительные материалы, Рекламно-издательская фирма "Стройматериалы". — Москва. — №3. — 2007. — С.93-97. 65. Сила трения скольжения [Электронный ресурс] / дизайн и разраб. Creative Commons Attribution-ShareAlike. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Сила_трения_скольжения. - Загл. с. экрана. 66. СТО 56947007-29.180.010.070-2011. Методические указания по определению поверхностного натяжения трансформаторных масел на границе с водой методом отрыва кольца. Стандарт организации. – Введ. 02.03.2011. – Москва. – ОАО «ФСК ЕЭС», 2011. – 16 с.: ил. 67. Субботин М.Ю. Апробация методик оценки физико- механических свойств рудных концентратов с целью интенсификации их термической сушки / М.Ю. Субботин // Международная молодёжная научная школа «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых». Том 2. 19-23 ноября 2012 г. – Москва: ИПКОН РАН, 2012. – 544 с. С. 374-377. 68. Субботин М.Ю. Библиографическое исследование процесса сушки продуктов обогащения полезных ископаемых / М.Ю. Субботин // Кулагинские чтения: XI Международная научно-практическая конференция. – Чита: ЗабГУ, 2011. – Ч. III. – 263 с. – С. 84-86. 140 69. Субботин М.Ю. Влияние зависимости угла естественного откоса сыпучего материала от его влажности на конструкцию сушильных аппаратов / М.Ю. Субботин // Вестник Забайкальского государственного университета (Вестник ЗабГУ) №1 (92). – Чита: ЗабГУ, 2013. – 170с. С.39-45. 70. Субботин М.Ю. Значение угла естественного откоса влажного материала при его термической сушке / М.Ю. Субботин // Новые технологии в науке о Земле: материалы III Всероссийской научно-практической конференции. – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2013. – С.143-148. 71. Субботин М.Ю. Значимость угла естественного откоса мелкодисперсного материала в вопросе его термической сушки / М.Ю. Субботин // Молодёжь и наука Забайкалья: материалы III молодёжной научной конференции. – Чита: Изд-во ЗабГУ, 2013. – 116 с. С. 74-79. 72. Субботин М.Ю. Изучение сыпучих свойств рудных концентратов с целью интенсификации их термической сушки / М.Ю. Субботин // Инновационные процессы комплексной и глубокой переработки минерального сырья (Плаксинские чтения 2013): Материалы Международного совещания. Томск, 16-19 сентября 2013 г. - Томск: 15 августа 2013.- 535 с. С.369-371. 73. Субботин М.Ю. Коэффициент приращения угла естественного откоса влажного сыпучего материала / М.Ю. Субботин // Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов: XIII Межународная научно-практическая конференция: сборник статей в 5 ч. / ЗабГУ. – Чита: ЗабГУ, 2013. – Ч. III. – 203 с. С. 52-56. 74. Субботин М.Ю. Методика проектирования модернизированной внутренней насадки для барабанной сушилки / М.Ю. Субботин // Молодёжная научная весна – 2014. XLI Научно-практическая конференция студентов, магистрантов и аспирантов Забайкальского государственного университета: сборник материалов: в 2 ч. – Ч.I / ЗабГУ; ред.-сост. Т.Б. Бердникова, А.В. Шапиева. – Чита: ЗабГУ, 2014. – 264 с. С. 133-136. 141 75. Субботин М.Ю. Оценка методик определения угла естественного откоса сыпучего материала / М.Ю. Субботин // Кулагинские чтения: XII Межународная научно-практическая конференция. – Чита: ЗабГУ, 2012. – Ч. VI. –161 с. С. 83-85. 76. Субботин М.Ю. Повышение эффективности сушки сыпучих материалов за счет интенсификации конвективного теплообмена / М.Ю. Субботин // Вестник Иркутского Государственного Технического Университета, Иркутск. – 2014. - №6(89). – С.161-165. 77. Субботин М.Ю. Разработка лабораторного аппарата для сушки сыпучих материалов (тезисы доклада) / М.Ю. Субботин // Материалы XXXIX научно-практической конференции студентов, магистрантов и аспрантов Забайкальского государственного университета. – Чита: ЗабГУ, 2012. – С. 318. 78. Субботин М.Ю. Результаты исследований угла естественного откоса концентратов обогатительной фабрики Малышевского рудоуправления / М.Ю. Субботин // Материалы XL Научно-практической конференции студентов, магистрантов и аспирантов Забайкальского государственного университета в рамках Молодёжной научной весны – 2013. – Чита: ЗабГУ, 2013. – 167 с. С. 83-84. 79. Сумм, Б.Д. Гистерезис смачивания / Б.Д. Сумм // Соросовский образовательный журнал. - 1999. - №7. - С.98-102. 80. Сушка пористых материалов. Лекция 2. [Электронный ресурс] / дизайн и разраб. Донской государственный технический университет. – Режим доступа: http://www.tk.sssu.ru/tik/Lek2.htm. – загл. с экрана. 81. Тензиометр SITE100 для микроэмульсий [Электронный ресурс] / дизайн и разраб. ООО «ТириТ Россия». – Режим доступа: http://tirit.org/tenz_kruss/site100.php. – Загл. с экрана. 82. Технологический отчет испытаний и определения эффективности работы установок очистки газов на ОАО «Малышевское рудоуправление» / 142 ООО «Уральский центр энергосбережения и экологии». – Екатеринбург, 2012. 83. Технологический регламент производства полевошпатового и слюдяного концентратов. – п. Малышево: ОАО «Малышевское рудоуправление», 2004 г. 84. Тимиров Э.В. Материаловедение / Методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» / Э.В. Тимиров. – Набережные Челны: ИНЭКА, 2012, - 92с. 85. Файнберг С.А. Исследование влагосодержания и грансостава руды, подвергаемой сушке / С.А. Файнберг, К.А. Ионов, В.С. Ясенев // Материалы международной научно-технической конференции "Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья". – Екатеринбург: Изд-во УГГГА. 2003, с. 86. Хашина Н.В. Теплообменные процессы при сушке угля горячим газом // Химия твердого топлива, Академический научно-издательский, производственно-полиграфический и книгораспространительский центр РАН "Издательство "Наука" (Москва). – 2005. – №6. – С.45-53. 87. Храмов А.Н. Интенсификация процесса сушки флотационных флюоритовых концентратов за счет реконструкции насадки барабанной сушилки / А.Н. Храмов // ГИАБ. – Москва: Горная книга. – 2009. – С. 290-294. 88. Храмов А.Н. К вопросу выбора внутренних устройств барабанных сушилок / А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин, В.П. Хамьянов, Кутлин Б.А. // Горный журнал. –2014. – № 89. Цены на сварочные работы [Электронный ресурс] / ООО «Бизнес климат». – Режим доступа: http://www.svarkaalyans.dn.ua/czeny.html. – Загл. с экрана. 90. Чернецкая И.Е. Система технического зрения анализа гранулометрического состава железорудных окатышей / И.Е. Чернецкая, М.И. Труфанов, Э.Э. Конча Ороско // Известия юго-западного государственного уни- 143 верситета. – Издательство Юго-Западного государственного университета. – Курск. – №5-1. – 2011г. С. 98-102. 91. Шершукова А.И. Автоматизированное определение углов обрушения зернистых материалов / А.И. Шершукова, Е.Ю. Чулков, А.В. Мороз, А.А. Селезнев. // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. – Тамбов, 2007. – С. 91-92. 92. Шмигель В.В. К определению математической модели, описывающей форму вытянутой частицы // Аграрная наука. – Москва. – 2003. №10. – С.20-21. 93. Шпаков П.С. Исследование зависимостей предельной высоты откоса на слабом наклонном основании от сцепления пород массива и геометрических параметров слабого слоя для условий качарского месторождения / П.С. Шпаков, В.Н. Долгоносов, С.Г. Ожигин, М.В. Шпакова // ГИАБ. – Москва: Горная книга. – 2010. – № 3. – С.155-165. 94. Юдина Л.В. Испытание и исследование строительных материалов. Учебное пособие / Л.В. Юдина. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2005. – 236 с.: ил. 95. Янюк Ю. В. Математическое моделирование и оптимизация процессов сушки сыпучих материалов в сушильной установке барабанного типа: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.13.18 / Ю. В. Янюк. – Петрозаводск, 2004. – 21 с. 96. А.с. 1366824 Российская федерация, Барабанная сушилка для сыпучих материалов / В.Я. Валуйский, С.Т. Антипов, А.Д. Каланчин; патентообладатель: Воронежский технологический институт. – №4025841, заявл. 21.02.1986, опубл. 15.01.1988. 97. А.с. 1737239 Российская федерация, МПК F26B25/16. Лопатка сушильного барабана / В.П. Чумаков; патентообладатель: Криворожский цементно-горный комбинат. – № 4688279, заявл. 03.05.1989, опубл. 30.05.1992. 98. Пат. 1231358 Российская Федерация, МПК F26B25/16, F26B11/04. Секционированная насадка сушильного барабана / Н.В. Хашина, 144 А.В. Коломейцева; патентообладатель: Кузнецкий научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт углеобогащения. – № 3839465, заявл. 07.01.1985, опубл. 15.05.1986. 99. Пат. 1252631 МПК F26B11/04. Насадка сушильного барабана / В.Р. Смельчанский, И.Е. Резников, Ю.А. Чернышов, Б.И. Войтенк; патентообладатель: Коммунарский горно-металлургический институт, Производственно-техническое предприятие "Укрэнергочермет". – № 3893981, заявл. 25.03.1985, опубл. 23.08.1986. 100. Пат. 1262243 Российская федерация, МПК4 F26B25/16. Насадка сушильного барабана / В.Н. Лазарев, С.А. Фурин, В.В. Дегтярев, А.А. Корягин; патентообладатель Предприятие П/Я В-2262. – №3843699; заявл. 17.01.1985; опубл. 07.10.1986. 101. Пат. 1339372 Российская Федерация. МПК4 F26B11/04. Бара- банная сушилка / В.И. Мошкин, А.А. Корягин, С.А. Фурин, В.В. Дегтярев, Т.Л. Лехцова; патентообладатель Предприятие П/Я В-2262. – № 3979081; заявл. 22.11.1985; опубл. 23.09.1987. 102. Пат. 2153135 Российская Федерация, МПК F26B11/04. Барабанная сушилка для сыпучих материалов / В.Н. Долгунин, А.М. Климов, Н.П. Горохов, А.М. Мелентьев, П.В. Дорофеев; патентообладатель: Тамбовский государственный технический университет. – №97117400/06, заявл. 15.10.1997, опубл. 20.07.2000. 103. 2163992 Российская федерация, F26B3/30, F26B3/28. Сушильное устройство / А.Я. Леонов, С.К. Волончук; патентообладатель: Сибирский научно-исследовательский и проектно-технологический институт переработки сельскохозяйственной продукции. – №96116965/06, заявл. 21.08.1996; опубл. 21.08.1996. 104. Пат. 2182295 Российская Федерация. МПК F26B11/04. Барабанная сушилка с центральным отводом продукта и теплоносителя / С.Т. Антипов, В.Я. Валуйский, В.Н. Меснянкин, С.В. Шахов; патентообладатель: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная тех- 145 нологическая академия. – № 2001120393/06; заявл. 20.07.2001; опубл. 10.05.2002. 105. Пат. 2204772 Российская Федерация, Барабанная сушилка с периферийной лопастной насадкой / С.Т. Антипов, В.Я. Валуйский, В.Н. Меснянкин, С.В. Шахов; патентообладатель: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия. – №2001133555/06, заявл. 10.12.2001; опубл. 20.05.2003. 106. Пат. 2208206 СССР, МПК7 F26B11/04. Барабанная сушилка / А.К. Абрамов, Л.И. Аверьянов, Л.В. Зимонин, В.А. Любушкин; патентообладатели: Открытое акционерное общество "Катализатор". – № 2001126071/06, заявл. 24.09.2001, опубл. 10.07.2003. 107. Пат. 2231955 Российская Федерация, МПК 7A23B7/02A. Радиационная сушильная установка / Шевцов А.Н., Музыченко Б.А., Гореньков Э.С.; патентообладатель: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт виноградарства и виноделения им. Я.И. Потапенко. – № 2001110256/13, заявл. 16.04.2001, опубл. 10.07.2004. 108. Пат. 2256859 Российская федерация, МКП 7F 26B 9/06 A. Многосекционная вибрационная сушилка для сахара-песка / В.А. Кудрявцев, В.И. Колчанова, Л.Е. Кудрявцева, М.Г. Глобин; патентообладатель: ЮгоЗападный государственный университет. – №2011100442/06, заявл. 11.01.2011, опубл. 27.08.2012. 109. Пат. 2296282 Российская Федерация, Барабанная сушилка для продуктов, подверженных комкообразованию / С.Т. Антипов, С.В. Шахов, А.Г. Поплавский, Д.С. Бабенко, Е.Н. Федичкин, Ю.В. Мамкина; патентообладатель: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА). – №2005133741/06, заявл. 01.11.2005, опубл. 27.03.2007. 110. Пат. 2299386 Российская Федерация. МПК F26B11/04. Барабанная сушилка / Л.Н. Бурков; патентообладатель: Санкт-Петербургский гос. аграрный ун-т. – № 2005126498/06; заявл. 22.08.2005; опубл. 20.05.2007. 146 111. Пат. 2314470 Российская Федерация. МПК F26B11/14. Барабанная сушилка / В.И. Лобанов, А.В. Синогейкин, Т.С. Летяга; патентообладатель: Лобанов В.И.. – № 2006117613/06; заявл. 22.05.2006; опубл. 10.01.2008. 112. Пат. 2315930 Российская Федерация. МПК F26B11/04. Сушилка для сыпучих продуктов / В.В. Палагин; патентообладатель: Палагин В.В.. – № 2004138660/06; заявл. 28.12.2004; опубл. 27.01.2008. 113. Пат. 2341165 Российская Федерация, МПК A23L3/40. Солнечная сушилка / А.Н. Шевцов, А.Н. Майстренко; патентообладатель: Государственное научное учреждение Всеросийский НИИ виноградарства и виноделия им. Я.И. Потапенко. – № 2006125951/13, заявл. 17.07.2006, опубл. 20.12.2008. 114. Пат. 2342986 Российская Федерация, МПК B01F9/06, F26B11/04. Насадка вращающегося барабана / В.Н. Долгунин, А.Н. Куди, А.А. Уколов, В.И. Карев; патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "ТГТУ"). – №2006140756/15, заявл. 17.11.2006, опубл. 10.01.2009. 115. Пат. 2367865 Российская Федерация, МПК F26B11/04. Барабанная сушилка с канальной насадкой / С.Т. Антипов, С.В. Шахов, А.М. Гавриленков; патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА). – №2008128107/06, заявл. 09.07.2008, опубл. 20.09.2009. 116. Пат. 2444686 Российская Федерация. МПК F26B11/06. Барабанная сушилка / А.Н. Храмов; патентообладатель Заб. гос. ун-т. – № 2010128841/06; заявл. 12.07.2010; опубл. 10.03.2012. 117. Пат. 2459163 Российская федерация, МПК F26B11/04, F26B7/00. Сушильное устройство / Кун Гюнтер, Фикс-Мумме Вольфганг, Касснер Райнхард; патентообладатель: Диффенбахер ГмбХ Машинен унд Анлагенбау. – № 2009116626/06, заявл. 04.10.2007; опубл. 04.10.2007. 147 118. Пат. 2492397 Российская Федерация, МПК F26B17/14. Аппарат для сушки сыпучих материалов / А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин; патентообладатель: Забайкальский гос. ун-т. – № 2012113768/06, заявл. 06.04.2012; опубл. 10.09.2013. 119. Пат. 2508514 Российская Федерация. МПК F26B15/04. Сушилка для сыпучих материалов / А.Н. Крутин, А.А. Зурначев, А.В. Буцык; патентообладатель: Крутин А.Н., Зурначев А.А., Буцык А.В.. – № 2012134657/06; заявл. 13.08.2012; опубл. 27.02.2014. 120. Пат. 2505764 Российская Федерация. МПК F26B3/14, F26B17/12. Способ сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов и установка для сушки сыпучих углеродистых или минеральных материалов / П.И. Шашмурин, В.С. Загайнов, В.Я. Шапошников; патентообладатель: ОАО "Восточный научно-исследовательский углехимический ин-т". – № 2012117346/06,; заявл. 26.04.2012; опубл. 27.01.2014. 121. Пат. 2511807 Российская Федерация. МПК F26B17/10, F26B17/04. Сушилка для сыпучих материалов / А.В. Дранников, Д.А. Бритиков, С.А. Шевцов, Е.А. Острикова, А.В. Пономарев, А.С. Лесных; патентообладатель: Воронежский государственный ун-т инженерных технологий. – № 2012123213/06; заявл. 06.06.2012; опубл. 10.04.2014. 122. Пат. 27677 Российская федерация, F26B11/04. Сушильный барабан с продольными полками для пересыпания высушиваемого материала / А.К. Герлях; патентообладатель: А.К. Герлях. –№10963, опубл. 31.08.1932. 123. Пат. 8346 Российская федерация, F26B11/04. Сушильный барабан / Ж. Куйперс; патентообладатель: Ж. Куйперс. – №10171, опубл. 30.03.1929. 124. Пат. 92007211 Российская федерация, F26B11/04. Барабанная сушилка инфракрасного излучения / В.Н. Малиновский, В.Е. Болиштейн, М.Л. Каталхерман, О.М. Карлик, А.Н. Чернов; патентообладатель: Научнопроизводственное объединение "ИРЕА". – №92007211/06, заявл. 20.11.1992; опубл. 20.01.1995. 148 125. Пат. 937932 СССР, МПК F26B17/12. Аппарат для термообработки сыпучих материалов / В.А. Аноров, Б.А. Важенин, А.В. Иванов, В.С. Иванов, С.С, Макаров, В.П. Маширев, А.А. Никипелов, В.И. Никонов, В.И. Химченко; патентообладатели: Предприятие П/Я А-1997, Предприятие П/Я Г4324. – № 2998098, заявл. 27.10.1980, опубл. 23.06.1982. 126. Пат. 95109347 Российская федерация, F26B11/04. Барабанная микроволновая сушилка / В.А. Монолаков, В.В. Юдин; патентообладатель: Ульяновский государственный технический университет РФ. – № 9510934706, заявл. 06.06.1995; опубл. 20.04.1997. 127. Пат. 96055 Российская федерация, F26B11/04. Распределительная насадка для сушильного барабана / Пауль Гилле, Фридрих Клеманн; патентообладатели: Пауль Гилле, Фридрих Клеманн. – №435757/2930, опубл. 31.01.1954. 128. Пат. 96358 Российская Федерация. МПК F26B11/06, F26B25/00. Сушильный барабан / В.Д. Воробьев; патентообладатель Воробьев В.Д.. – № 446194, заявл. 20.12.1952; опубл. 01.01.1953. 129. Gatapova N.Z., Sergeeva E.A., Konovalov V.I., Kudra T., Mozzhukhin A.B. Heat and Mass Transfer Analogy for Evaporation of Solvents // Доклады IV Межд. форума по тепломассообмену ММФ-2000. Минск.: ИТМО, 2000. Том. 9, с. 94-100. 130. Van Brakel J. Mass Transfer in Convective Drying / J. Van Brakel // Advances in Drying. Vol. 1.- Washington: Chemisphere, 1980. 131. Lyklema, J. The Properties of the Stagnant Layer Unraveled / J. Lyklema, S. Rovillard, and J. De Coninck // Langmuir. – 1998. - Vol.14, №20. P.5659-5663. 132. Konovalov V.I. Modeling of Drying with the Application of Temperature-Time and Temperature-Moisture Relationships / V.I. Konovalov, E.N. Tugolukov, N.Z. Gatapova, V.M. Netchaev // Proc. 9th Intern. Drying Symp. IDS’94. Gold Coast, Australia, 1994.- Vol. A. 149 133. Konovalov V.I. Drying of Liquid Dispersions – A Unified Approach to Kinetics and Modeling / V.I. Konovalov, N.Z. Gatapova, T. Kudra // Drying Technology – An International Journal. New York: Dekker, 2003.- Vol.21, No. 6. 134. Konovalov V.I. Drying of Liquid Dispersions – A Unified Approach to Kinetics and Modeling / V.I. Konovalov, N.Z. Gatapova, T. Kudra // Drying Technology – An International Journal. New York: Dekker, 2003.- Vol.21, No. 6.Рp.1029-1047. 135. Konovalov V.I. Modeling of Drying with the Application of Temperature-Time and Temperature-Moisture Relationships / V.I. Konovalov, E.N. Tugolukov, N.Z. Gatapova, V.M. Netchaev // Proc. 9th Intern. Drying Symp. IDS’94. Gold Coast, Australia, 1994.- Vol. A. -Pp. 291-305. 136. Konovalov V.I. External Heat- and Mass Transfer during Convective Drying and Heating of Strips Materials / V.I. Konovalov, N.Z. Gatapova // Proc. 11th Intern. Drying Symp. IDS’98. Halkidiki, Greece, 1998. Vol. A. Keynote Lecture. Pp. 23-34. 150 Приложение А Результаты гранулометрического анализа проб методом лазерной дифракции. 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 Приложение Б Концентрации взвешенных частиц в отобранных из воздуховодов сушильного отделения ОФ Малышевского рудоуправления пробах 170 Приложение В 171 Приложение Г 172 173 Приложение Д 174 Приложение Е
