ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Обзор современной теории измельчителей из "Струйные мельницы _1967" Теория измельчителей включает круг вопросов и проблем, связанных с исследованием путей и возможностей совершенствования существующих и создания новых методов измельчения и соответствующих измельчителей. Целью этих исследований является снижение стоимости измельчения, уменьшение удельных затрат энергии, износа и металлоемкости измельчителей, увеличение их долговечности и удобство эксплуатации. [c.11] Учитывая, что стоимость основной массы измельчаемых материалов — руд черных и цветных металлов, энергетического твердого топлива, продукции, производимой промышленностью строительных материалов и горно-химического сырья — сравнительно невысока, технико-экономический фактор играет особую роль в теории измельчителей. [c.11] Решение поставленной задачи основывается на исследованиях по совершенствованию существующих и созданию новых методов измельчения и конструкций измельчителей. [c.11] Принято объединять понятиями — теория измельчения исследования, касающиеся первой части задачи, и теория измельчителей , исследования, относящиеся к решению второй задачи. Как будет показано ниже, это подразделение вызывает возражения принципиального и методологического характера. [c.12] Указанное расщепление теории измельчителей оправдывается специфичностью развития проблемы. [c.12] Богатейший опыт, накопленный человечеством в области разработки методов и конструкций измельчителей, сравнительно небольшой объем перерабатываемой продукции и невысокая твердость большинства измельчаемых материалов (злаки, корма и т. п.), позволяли до последнего времени осуществлять измельчение с приемлемы.ми технико-экономическими показателями. [c.12] С другой стороны, слабая изученность твердого тела и методов оценки дисперсности продуктов явились в свое время значительным препятствием при попытках решения фундаментальных задач теории разрушения и диспергирования. Достаточно отметить, что такие вопросы, как физически обоснованные методы измерения дисперсности и гранулометрии измельченных материалов, влияние объемно-напряженных состояний на характер разрушения, влияние макродефектов и среды на прочность твердого тела, закономерность износа измельчителя, и т. п.,. были разработаны лишь за последние два-три десятилетия. Попытки установления основной закономерности теории измельчения — зависимости вновь образованной поверхности от энергии, затраченной при измельчении, предпринятые впервые почти столетие назад, основывались на умозрительных и весьма упрощенных представлениях о твердом теле и его разрушении и, естественно, не получили признания. Теория измельчителей продолжала развиваться на основе часто эмпирических данных, практически без использования результатов теории измельчения. Последнее оиравдывается рядом причин, на одной из которых следует остановиться. [c.12] Между тем обычные законы измельчения не учитывают ни конструкции измельчителя, ни степени оптимизации его работы. В самом деле, известно, например, что при измельчении на крупной шаровой мельнице цементного клинкера затрачивается около 40 квт-ч на тонну продукта с удельной поверхностью 3000 см 1г. Но очевидно, что эта цифра отображает минимальный расход энергии при рационально выбранных размерах барабана мельницы (диаметр и длина), размеров, формы и весового соотношения мелющих тел и т. и. Любое отступление от указанного оптимума влечет за собой увеличение удельного расхода энергии и изменение закона измельчения . Следовательно, с практической точки зрения представляют интерес не просто установление зависимости энергозатрат от величины образованной поверхности, а оптимизация этой зависимости. Решение этой задачи, относящейся к проблеме вариационной статистики и динамического программирования, требует принципиально нового подхода. [c.15] Становится очевидным, что каждый измельчитель и каждый физический прибор, применяемый для установления закона измельчения, характеризуется параметрами, описывающими различные оптимумы в зависимости от исходной и конечной дисперсности измельчаемого материала, его прочностных показателей и предыстории механических воздействий (взрывное дробление на карьере, предварительное дробление, влияние длительного пребывания на открытом воздухе и т. п.). Очевидно, в зависимости от конкретных прочностных показателей материала и его исходной дисперсности существует также оптимальная дисперсность продукта, при получении которого затраты энергии минимальны. Дальнейшее измельчение на данной машине уже неэффективно, так как ведет к повышению удельных энергозатрат. Это положение известно в теории измельчителей как оптимизация процесса измельчения путем многостадийного измельчения. [c.15] Разумеется, изложенное вовсе не означает, что закономерности измельчения не должны исследоваться. Необходимо более конкретно сформулировать задачи теории -измельчения п учитывать их принципиально статистическо-вариационный характер. [c.16] В свете изложенного, по-видимому, наиболее поразительна экспериментально установленная линейная зависимость образованной поверхности от величины энергозатрат, известная как закон Риттингера. Линейность конечного результата процесса, обладающего принципиально нелинейными характеристиками, свидетельствует о существовании фундаментальной закономерности, основанной на принципе наименьшего действия. Из общих соображений теории устойчивости следует, что экспериментально установленная линейная зависимость Л=Д (А5 ), являющаяся огибающей семейство характеристик, описывающих различные стадии процесса, должна обладать определенной устойчивостью. Это соображение подтверждается экспериментальными исследованиями [67], свидетельствующими о существовании в области высоких дисперсностей зависимости вида А = = A(AS ) . Интерес представляют и исследования закономерностей образования зернового состава продуктов измельчения, известные как исследования кинетики измельчения. Эти зависимости, имеющие статистическую природу, следует также рассматривать в непосредственной связи с конструкцией измельчителя и режимом его работы. [c.16] Особую ценность приобретают исследования закономерностей деформации и разрушения твердых тел, в которых влияние конструкции измельчителя на исследуемый процесс минимально или исключено вовсе. Так, влияние макродефектов и дислокаций на прочность твердых тел, приводящее к масштаб-нохму упрочнению частиц и их избирательному измельчению, может быть исследовано при упругих деформациях твердых тел, когда разрушение с образованием полидисперсного продукта исключено. То же относится к исследованиям влияния на измельчение поверхностно-активных веществ — понизителей твердости. Эти закономерности могут исследоваться и при упругих дефор.мациях твердых тел. [c.16] Из рассмотрения выражения (2) следует, что с целью повышения к.п.д. процесса следует по возможности увеличивать Ля, т. е. разрушать тело с максимальным перенапряжением. Этот вывод полностью подтверждается последним экспериментами Райнерса и Беренса [50, 77], которыми показано, что оптимальная скорость ударного разрушения лежит в интервале 200—300 м1сек, т. е. на порядок превышает скорости, развиваемые в существующих измельчителях с мелющими телами. [c.18] Процесс аннигиляции трещин, наведенных в толще твердого тела при его упругой деформации, в реальных условиях несовершенен. Молекулы внешней среды и коагулирующие дефекты, проникая в такие трещины, экранируют молекулярные силы, пытающиеся вновь сомкнуть образовавшуюся трещину, в результате чего она смыкается неполностью. В результате при следующем деформировании с неизменной величиной и энергией деформирующего усилия длина и вновь образованная поверхность трещины возрастают и при достаточном числе переменных циклов нагрузки тело разрушается, хотя величина напряжений значительно ниже значения предела упругих напряжений Од. Это явление известно как усталостное разрушение и может быть значительно усилено, если деформирование производится в среде поверхностно-активного вещества, молекулы которого стремятся проникнуть в трещины, наведенные при деформации. Применение поверхностно-активных веществ, теория которых разработана акад. П. А. Ребиндером [38], имеет большое практическое значение. Действие поверхностно-активных веществ становится заметным ввиду многократного повторения актов измельчения, а также ввиду снижения интенсивности процессов коагуляции частиц измельченного материала. [c.18] Приходится констатировать, что отсутствие достаточно строго сформулированных задач теории измельчителей не позволяет решать проблему как единое целое. [c.19] Из рассмотрения схемы, представленной на рис. 2, видно, что теория измельчителей включает сложные разделы, изучение которых требует создания некоторых предпосылок, в частности обязательного учета физико-химических и физико-механических свойств измельчаемых материалов, конструктивных показателей и помольных характеристик измельчителей, а также корл-плекса технико-экономических показателей, в том числе влияния износа на измельчитель и измельчаемый продукт и зависимости стоимости последнего от стоимости затрачиваемой энергии. [c.19] В истории развития различных наук большое значение имеют классификации, позволяющие выявлять скрытые закономерности на основе формально логических построений. Поэтому естественно также стремление создания классификации измельчителей. [c.20] Вернуться к основной статье