WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Представлена принципиальная схема конструкции магнитовибрационного сепаратора для переработки шлифовального шлама в МВС. Магнитовибрационный сепаратор представляет собой совокупность механизмов, выполняющих технологическую последовательность операций переработки шламов шлифовального производства. На рис. 1 приведена блок-схема магнитовибрационного сепаратора. Она состоит из блока отделения СОЖ (1) – подогреваемый резервуар из немагнитного материала с наведенным постоянно-переменным магнитным полем. Отделившаяся СОЖ сливается в маслосборник (5). Далее идет блок сушки (2), состоящий из шнека проходящего сквозь керамическую камеру сушки. Блок измельчения и просева (3) состоит из бильной мельницы с наводимым МВС в камере и сита. Заключительным этапом является блок разделения абразива и металлического порошка (4), состоящий из переменного и постоянного электромагнитов с разомкнутыми магнитопроводами силовые линии, которых направлены перпендикулярно друг другу. В межполюсном пространстве помещена кювета из органического стекла, в которой производится магнитовибрационное псевдокипение шлифовального шлама.

Установлено, что время дробления шлама в бильной мельнице оказывает существенное влияние на чистоту продуктов сепарации. Так, при увеличении времени дробления с 10с до 30с содержание абразива в металлической фракции уменьшается с 10% до 1% масс. Магнитная фракция шлама, прошедшего дробление, содержит в 2 раза меньше абразива, чем при сепарации без дробления при одинаковых параметрах МВС и времени (рис. 2).

Насыпная плотность, полученной на экспериментальной установке сепарации стали ШХ15, составляет 1,5 г/см3. Это в 1,5 раза выше, чем насыпная плотность аналогичной марки стали (ШХ15) с операции шлифования подшипниковых колец сепарированных ранее другими разработчиками.

Проверка на текучесть через воронку с 2,5 мм отверстием (ГОСТ 12601-76) показала, что стальной порошок, полученный магнитовибрационной сепарацией шлифовального шлама, не течет.

Третья глава посвящена построению теоретической модели разрушения агломератов шлифовального шлама в магнитовибрирующем слое. Из возможных моделей разрушения порошковых кластеров в магнитовибрирующем слое рассмотрены две:

  • разрушение за счет виброреологического эффекта, то есть кажущегося перехода сухого трения в вязкое;
  • разрушение за счет разрыва агломерата в неоднородном магнитном поле пондеромоторными силами.

Для первой модели формула необходимого градиента индукции переменного поля для разрушения агломерата шлама получалась следующим образом. Со стороны неоднородного переменного поля на агломерат действует гармоническая сила Fv.

;, (1)

где – угол между вертикальной осью и магнитным моментом Pm малого агломерата, dB/dy – изменение индукции магнитного поля вдоль вертикальной оси, F0 – сила взаимодействия в агломерате.

, (2)

где f1 – коэффициент трения покоя.

Коэффициент трения для взаимодействующей пары агломератов шлама для случая вертикальной ориентации переменной силы, равен:

, (3)

, (4)

, (5)

. (6)

Выражение (6) с учетом приближения кластера эквивалентной сферой, а также

,

можно записать в виде:

, (7)

где r – радиус малой частицы, R – радиус крупной частицы, 0 – магнитная постоянная (1,25·10-6 Гн/м), f1 – коэффициент трения покоя (0,85), Pm – магнитный момент малой частицы, – угол между верт. осью и вектором магнитного момента большой частицы.

По результатам расчета построена зависимость градиента индукции неоднородного переменного поля, необходимого для разрушения агломерата шлама, состоящего из частиц разного размера (рис.3).

Условие разрушения кластеров по модели разрыва агломерата в неоднородном поле определялось следующим образом. Магнитный кластер совершает сложное движение, описываемое уравнениями:

,

, (8)

где – индукция переменного магнитного поля, – индукция постоянного поля, k и µ - коэффициенты сопротивления среды поступательному и вращательному движениям соответственно.

При составлении системы (8) приняты следующие допущения:

– монодисперсная система сферических частиц агломерирована адгезионными и магнитостатическими силами в одинаковые агрегаты с магнитным моментом,

– магнитный момент частицы связан с кристаллической решеткой настолько жестко, что его ориентация в магнитном поле приводит к повороту всей частицы;

– устойчивый режим магнитокипения может наблюдаться при выполнении соотношения ;

– диссипация энергии в магнитокипящей дисперсной фазе компенсируется подкачкой энергии из магнитного поля;

– переменное магнитное поле сильно неоднородно, однако амплитуда его невелика;

– приращением в переменном магнитном поле пренебрегаем и считаем магнитный момент агрегата постоянным;

– повышение индукции магнитного поля приводит к повышению устойчивости агрегата к внешним воздействиям, и его разрушение эффективно лишь при малых значениях индукции магнитного поля;

– значение градиента индукции переменного поля вдоль оси ОУ существенно превышает значения градиента вдоль любого другого направления.

Запишем уравнения (8) с учетом принятых допущений:

,

, (9)

где – угол между векторами и.

Условие разрушения кластеров получим из анализа уравнения движения отдельной частицы, записанного в системе координат, связанной с агрегатом:

, (10)

где m и P1 – масса и магнитный момент частицы, Fm и G – силы взаимодействия и нормальной реакции между частицей и агломератом, – угол между и.

Учитывая условие совместного движения частицы и агломерата (y" =

0) и отрыва частицы от него (G = 0) [5], из уравнения (10) получим значения градиента переменного поля, необходимого для ее разрушения:

. (11)

Предполагая, что магнитное взаимодействие двух ферромагнитных частиц подчиняется известному закону Кулона, (11) примет вид

. (12)

На рис.4 представлены зависимости градиента магнитной индукции, при котором происходит разрушение агломерата пондеромоторными силами неоднородного поля. Анализ кривых позволяет утверждать, что для агрегатов, состоящих из 2 частиц радиусом менее 10 мкм, градиент магнитной индукции превышает 0,02 – 0,04 Т/м.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния режимов магнитовибрационного воздействия на свойства МВС и определению параметров соответствующих наиболее характерным пространственно-устойчивым состояниям частиц и агрегатов в МВС (магнитокипение, при котором происходит максимальная дефлокуляция порошка шлама).

Для выявления закономерностей поведения шлифовального шлама стали ШХ15 в МВС, были проведены исследования влияния параметров электромагнитного поля на свойства МВС. Получены значения массы отделившегося абразива при различных параметрах МВС, результаты приведены на рис. 5.

Оценивали влияние на отделившуюся массу абразива следующих параметров: индукция постоянного магнитного поля – ВС, градиент индукции переменного поля – и время – t, в течение которого проводился процесс сепарации обезжиренного шлифовального шлама.

С увеличением параметров постоянного поля и градиента происходило увеличение скорости отделения абразива. Из сравнения зависимостей рис. 5 можно сделать следующие выводы: наибольшая скорость сепарации наблюдается при BC – 43 мТ и – 0,648 Т/м (рис. 5(б) кривая (5)). Данный режим характеризуется максимальной хаотизацией шлама по всему объему кюветы. Экспериментально установлено, что при слабом псевдокипении в металлической фракции остается не отделившимся примерно 10% абразива.

Также приведена конструкция и параметры опытно-промышленной установки магнитовибрационной сепарации шлама, принцип действия которой соответствует лабораторной установке.

В пятой главе проанализированы результаты экспериментов и предложены практические рекомендации по применению магнитовибрационной технологии для сепарации шламов и изготовлению обмазки сварочных электродов постоянного тока марки УОНИ-13/55 с добавлением 16% стального порошка шлифовального шлама стали ШХ15, а также получению облицовочного слоя одноразовых корковых форм для литья по выплавляемым моделям из выделенного электрокорунда.

Полученные результаты исследований в области литья по выплавляемым моделям показали, что применение в качестве материала для облицовочного слоя электрокорунда, полученного сепарацией шлифовального шлама не ухудшает качество получаемых отливок, а, следовательно, может заменить собой дорогостоящий абразив;

Применение электрокорунда, извлеченного из шлифовального шлама, позволяет получать отливки с шероховатостью поверхности удовлетворяющие требованиям ГОСТа аналогичного промышленному абразиву.

Применение в составе покрытия электродов стального порошка, полученного сепарацией шлифовального шлама стали марки ШХ15, позволяет получить наплавленный металл с более высокими пластическими свойствами.

Испытания электродов при сварке во всех пространственных положениях показали:

    • Технологические свойства представленных электродов не уступают серийным электродам УОНИ-13/55 по качеству формирования швов, отделимости шлака и разбрызгиванию.
    • Технологическим преимуществом электродов со стальным порошком в покрытии является повышение производительности наплавки ими на 14-16% (n ~10,5 ГА/ч) прочнее характерной для промышленных электродов УОНИ-13/55 (n ~ 9,0 ГА/ч).

Введение в состав покрытия электродов УОНИ-13/55, вместо порошка железа, стального марки ШХ15, полученного магнитовибрационной сепарацией шлама шлифования подшипников, позволяет, не ухудшая технологических свойств электродов и показателей механических свойств, выполненных ими соединений, повысить производительность наплавки на 14-16%.

Доказана возможность и целесообразность промышленного использования порошка стали ШХ15, полученного магнитовибрационной сепарацией шлама шлифования подшипников, применительно к широко используемым сварочным электродам УОНИ-13/55. Утилизация этого отхода позволит сэкономить расход дефицитного в стране железного порошка и будет способствовать улучшению экологической обстановки, прежде всего, на предприятиях подшипниковой промышленности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.Выявлены и систематизированы закономерности поведения шлифовального шлама в магнитовибрирующем слое. Экспериментально и теоретически обосновано влияние индукции магнитного поля, градиента индукции и времени на процесс разделения металлической компоненты и абразива. Установлено, что увеличение градиента индукции магнитного поля приводит к интенсификации хаотического движения шлама и, как следствие, повышению качества его разделения.

2. Показана эффективность и целесообразность применения помола обезжиренного шлама стали ШХ15 перед процессом разделения магнитной и немагнитной фракций. Установлено, что помол увеличивает отделение немагнитной фракции в 2 раза при индукции постоянной составляющей магнитного поля 43 мТ и градиента индукции 648 мТ/м.

3. Предложен механизм разрушения конгломератов шлама стали ШХ15, устойчивость которых обеспечивают магнитостатические силы. Теоретически рассчитано и экспериментально показано, что при градиенте индукции магнитного поля менее 0,3 мТ /м магнитовибрирующий слой неустойчив и движение частиц в нем протекает слабо, при этом отделяется абразив, не удерживаемый конгломератами. При градиенте индукции магнитного поля в интервале 0,32 Т/м – 0,62 Т/м происходит разрушение конгломератов за счет кажущегося изменения характера трения из сухого в вязкое. При градиенте индукции более 0,62 Т/м разрушение конгломератов происходит за счет их разрушения пондеромоторными силами в неоднородном магнитном поле.

Предложена гипотеза, что неоднородность магнитного поля увеличивается за счет локального градиента, образованного магнитными полями частиц металлической фракции шлама в МВС. Разрушение конгломератов позволяет повысить качество отделения металлической фракции от абразива за счет освобождения части абразива, удерживаемого внутри конгломерата.

4. На основании проведенных исследований установлена последовательность операций технологического процесса сепарации шлифовального шлама подшипникового производства: отделение СОЖ, сушка шлама, помол в бильной мельнице, разделение металлической и абразивной фракций, отличающаяся от известных методов сепарации применением магнитовибрирующего слоя на каждом этапе технологического процесса. При этом на этапе отделения СОЖ реализация МВС обеспечивает бесконтактное перемешивание шлама в агрессивной среде, на этапе помола – удержание шлама в зоне вращения бил и дополнительное разрушение конгломератов при интенсивном соударении, на этапе разделения фракций – разрушение конгломератов металлической фракции и отделение абразива, удерживаемого внутри конгломератов.

5. Разработана методика выбора оптимальных параметров электромагнитного поля, обеспечивающих эффективное разрушение конгломератов шлама стали ШХ 15 за счет действия сил магнитного поля, а также интенсификации процессов соударения и, как следствие, повышение чистоты продуктов сепарации.

6. Проведенные исследования позволили получить порошок стали ШХ15 высокой чистоты, в котором содержание абразива не превышает 1% масс. Полученный в результате сепарации металлический порошок использовали при изготовлении обмазки сварочных электродов. Испытания показали, что по технологическим свойствам полученные электроды соответствуют электродам марки УОНИ-13/55, а по содержанию кислорода, азота и механическим свойствам сварочного шва (пластичности, трещинообразованию) превосходят стандартные электроды.

6. Результаты исследований показали, что применение абразива, полученного магнитовибрационной сепарацией шлифовального шлама, в качестве материала для облицовочного слоя одноразовых форм при литье по выплавляемым моделям не ухудшает качество получаемых отливок. При этом шероховатость поверхности отливок аналогична отливкам, полученным с применением промышленного абразива. При этом точность геометрических параметров соответствует 3 – 8 классам по ГОСТ 26645-85.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»