WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Разработка микропорционного про¬дольно-поперечного способа отбора проб продуктов обогатительных фабрик с учетом характера изменения случайной погрешности

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

КОМЛЕВ АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ

 

 

 

РАЗРАБОТКА МИКРОПОРЦИОННОГО ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНОГО СПОСОБА ОТБОРА ПРОБ ПРОДУКТОВ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ

СЛУЧАЙНОЙ ПОГРЕШНОСТИ

 

 

Специальность 25.00.13 – «Обогащение полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

Екатеринбург – 2012 

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

 

Научный руководитель –                                               доктор технических наук, профессор

Морозов Юрий Петрович

Официальные оппоненты:                                                              Саитов Виль Ирхужеевич,

доктор технических наук, профессор

кафедры горных машин и комплексов

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный

горный университет»

Кованова Людмила Игоревна,

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

ОАО «Научно-исследовательский

и проектно-конструкторский

институт асбестовой промышленности

«НИИпроектасбест»

                                                                                                      

Ведущая организация –                       ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный

технический университет им. Г. И. Носова»

Защита диссертации состоится «    »                2012 г. в           часов в аудито­рии 2142 на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: г. Екатеринбург,    ул. Куйбышева, 30, ГСП.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан  «____»_______________2012 г.

           

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор                                                                  Багазеев В. К.

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

Процессы опробования продуктов обогащения являются ключевой составляющей системы контроля качества на обогатительных фабриках. На представительность опробования существенное влияние оказывает неравномерное распределение контролируемого компонента по объему опробуемого материала. Для выполнения отбора и сокращения проб предпи­сано предпочтительное использование механических сократителей. Боль­шинство существующих механических сократителей формируют сокращен­ную пробу за счет периодического поперечного пересечения движущегося потока материала. Способ поперечного пересечения отражает в пробе попе­речную неоднородность потока, но в силу периодичности и наличия ограни­чений по числу точечных проб не отражает продольную неоднородность. Комбинация способов поперечного и продольного пересечения потока со­кращаемого материала в механизированном варианте не реализована. Не су­ществует механических сократителей, работающих на материале крупнее 30 мм и влажностью более 9 %. Обязательная операция предварительного пере­мешивания материала в существующих сократителях либо отсутствует, либо выполняется без учета влияния сегрегации. Процессы механизирован­ного сокращения и перемешивания материала не имеют математической оп­тими­зации в зависимости от свойств материала. В силу того что отсутствует еди­ное системное обоснование устройства и принципа работы существую­щих механических сократителей, складывается ситуация, когда значительная погрешность может быть изначально заложена в конструк­цию и режим работы сократителя. Таким образом, оптимизация процесса ме­хани­зированного сокращения и создание оборудования его реализации явля­ются актуальной научной и практической задачей.

Объектом исследования является процесс механизированного опро­бования.

Предметом исследования являются закономерности изменения случайной погрешности получения сокращенной пробы в зависимости от крупности сокращаемого материала и его неоднородности по массовой доле контролируемого компонента.

Целью диссертационной работы является получение сокращенной пробы при обеспечении минимально возможной случайной погрешности.

Идея диссертационной работы заключается в использовании закономерности изменения случайной погрешности при отборе проб.

Задачи диссертационной работы:

1. Изучение влияния крупности, гранулометрического состава сокра­щаемого материала и зависимости случайной погрешности пробы от пара­метров процесса механизированного сокращения и неоднородности сокра­щаемого материала.

2. Разработка методического подхода и математического алгоритма расчета оптимальных параметров работы оборудования для получения со­кращенных проб с минимально возможной случайной погрешностью.

3. Разработка технологических приемов и оборудования для механизи­рованного получения сокращенных проб в широком диапазоне крупности с минимально возможной случайной погрешностью и испытания разработан­ного оборудования в условиях действующих технологических процессов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Номинальная производительность по исход­ному питанию и номинальная частота вращения разбрасывающего диска поточного сократителя обеспечивают минимальную случайную погрешность получения сокращенной пробы за счет устранения условий возникновения сегрегации в тонком слое на поверхности вращающегося диска.

2. Величина минимального выхода сокращенной пробы поточного со­кратителя прямо пропорциональна крупности сокращаемого материала и об­ратно пропорциональна радиусу разбрасывающего диска.

3. Снижение поперечной неодно­родности потока по массовой доле контролируемого компонента в поточном сократителе обеспечивает повышение представительности получения сокращенной пробы.

4. Величина случайной погрешности получения сокращенной пробы зависит от дисперсии сокращения, рассчитанной с учетом предложенного ко­эффициента неоднородности, выражающего качество усреднения сокращае­мого материала через дисперсию точечных проб до и после операции усред­нения.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следую­щем:

1. Разработана количественная методика определения условий работы поточного сократителя, при которых получение сокращенной пробы сопро­вождается минимально возможной случайной погрешностью.

2. Предложена методика количественной оценки эффективности усред­нения материала через расчетный коэффициент неоднородности, ха­рактеризующий качество перемешивания пробы перед сокращением и учи­тываемый в расчете дисперсии массовой доли при сокращении пробы.

3. Раз­работаны устройство и принцип действия поточного сократителя для полу­чения сокращенной пробы методом микропорционного непрерывного продольно-попе­речного пересечения потока.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и ре­комендаций диссертационной работы подтверждаются сходимостью теоре­тических и экспериментальных зависимостей, результатами лабораторных и промышленных испытаний, внедрениями разработанного оборудования на промышленных предприятиях.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в раз­работке технологических приемов и конструкции поточных сократителей для получения сокращенных проб с минимально возможной случайной погреш­ностью для материалов широкого диапазона крупности с высокой неодно­родностью по массовой доле контролируемого компонента. В промышлен­ных условиях это позволит выполнять механизированное сокращение неод­нородных по составу материалов крупностью до (-60) мм.

Реализация результатов работы:

1. Разработанные поточные сократители используются в промышлен­ности в качестве оборудования для получения сокращенных проб исходного сырья и продуктов переработки на десяти предприятиях в количестве 11 единиц.

2. Поточный сократитель использован в составе станции опробования пульпы в качестве технологического узла для регулируемого сокращения по­тока пульпы. Указанное оборудование внедрено в производство на четырех предприятиях в количестве десяти единиц. 

3. Поточные сократители в качестве оборудования для сокращения проб заложены в проекты реконструкции одного горно-обогатительного комбината, трех рудоуправлений и одного металлургического комбината.

4. На разработанный поточный сократитель и способ сокращения проб с его использованием получен Патент РФ на изобретение № 2347205.                   На предложенный поточный сократитель разработаны технические условия     ТУ 3132-001-12282200-2008 «Сократители проб электромеханиче­ские дисковые однопродуктовые типа СОД-2» и ТУ 3132-002-12282200-2008 «Сократители проб электромеханические дисковые многопродукто­вые типа СМД-2», в системе добровольной сертификации товаров и услуг РФ на поточный сократитель типа СОД-2 получен сертификат соответствия ГОСТ Р № РОСС RU.АВ72.Н02276.  

Апробация диссертационной работы:

Основные положения диссертационной работы доложены на Между­народных совещаниях «Плаксинские чтения» (г. Апатиты, 2007 г.; г. Ново­си­бирск, 2009 г.; г. Верхняя Пышма, 2011 г.), «Неделя горняка-2007» (г. Мо­сква, 2007 г.), VI Конгрессе обогатителей стран СНГ (г. Москва, 2007 г.), Международных научно-технических конференциях «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 гг.), I международной научно-практической конференции «Интехмет-2008» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), Евро-Азиатском машиностроительном форуме (г. Екатеринбург, 2009 г.),     3-м Международном промышленном форуме «Реконструкция промышлен­ных предприятий – прорывные технологии в металлургии и машиностроении – 2010» (г. Челябинск, 2010 г.), IV Международном горнопромышленном форуме (г. Екатеринбург, 2010 г.).

Публикации:

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14 ра­ботах, в том числе в трех статьях, входящих в перечень ведущих научных ре­цензируемых журналов.

Вклад автора состоит в разработке теоретических положений и мате­матических моделей, разработке устройства и конструкции оборудования, проведении лабораторных исследований, организации и проведении про­мышленных испытаний оборудования, обработке и анализе результатов экс­периментов и промышленных испытаний, организации изготовления разра­ботанного оборудования, внедрении разработанного оборудования на про­мышленных предприятиях.

Структура и объем диссертационной работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка ис­пользуемых источников из 91 наименования, 16 приложений, содержит 198 страниц машинописного текста, 89 рисунков, 45 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы исследований, сформулированы задачи, цель и идея исследований, обозначены научная но­визна и практическое значение работы.

В первой главе выполнен аналитический обзор опубликованных работ в области теории процессов опробования и их практической реализации, рас­смотрены теоретические основы процесса получения проб, техническое обеспечение процессов отбора и сокращения проб, изучено состояние дел в части процесса усреднения проб перед сокращением и технического обеспе­чения процесса усреднения. При этом установлено, что существующие меха­нические сократители и смесители проб имеют ряд существенных недостат­ков, а выполненные теоретические исследования не затрагивают вопросы ко­личественного обоснования режимов работы и типоразмеров сократителей, их зависимости от крупности, гранулометрического состава и неравномерно­сти распределения контролируемых компонентов сокращаемых материалов. Отсутствуют зависимости количественных показателей сокращения пробы от технических характеристик сократителей. Анализ предложений предпри­ятий-производителей пробосократительного оборудования показывает, что на настоящее время отсутствуют сократители для материала крупностью бо­лее 30 мм и влажностью более 9 %. Установлено, что подавляющее боль­шинство существующего оборудования для отбора и сокращения проб реа­лизует принцип поперечного пересечения потока опробуемого материала. Существенное влияние на представительность опробования оказывает нерав­номерное распределение контролируемого компонента по объему обрабатываемой пробы. Неравномерное распределение контролируе­мого компонента приводит к продольной и поперечной неоднородности по­тока опробуемого материала. Для всех аппаратов, работающих по принципу поперечного пересечения потока, существует ограничение по скорости пере­мещения пробоотборного инструмента. Ограничение скорости пересечения потока влечет за собой ограничение числа точечных проб из-за их большого объема, что приводит к систематическому занижению либо завышению мас­совой доли контролируемого компонента в сокращенной пробе. Если коли­чество точечных проб, которое представляется возможным отобрать, меньше рассчитанного в соответствии с дисперсией точечных проб, на точность со­кращения будет отрицательным образом существенно влиять продольная не­однородность потока. Погрешность перемешивания материала пробы не имеет законченного аналитического описания и может быть определена только экспериментальным путем применительно к конкретному материалу. Подавляющее большинство материалов, подвергаемых сокращению в ходе пробоподготовки, состоят из различных по размеру, форме и плотности кус­ков. При перемешивании таких материалов неизбежен эффект неравномер­ного распределения кусков различной плотности и крупности по объему ма­териала. Изложенные выше свойства опробуемого массива приводят к тому, что условия пробоподготовки даже с использованием механических сократите­лей, пересекающих поток, далеко не всегда отвечают предъявляемым требо­ваниям. Альтернативой существующим аппаратам является дисковый сокра­титель. На сегодняшний день дисковый сократитель является аппара­том, создающим условия для наиболее представительного получения сокра­щенных проб с неравномерным распределением контролируемого компо­нента. При этом отсутствует теоретическое и количественное обоснование оптимальных режимов работы дискового сократителя и обоснование его ти­поразмеров. Это не позволяет считать указанный аппарат устройством, полу­чающим сокращенные пробы в оптимальном с точки зрения минимизации случайной погрешности режиме и создает предпосылки для дальнейшего ис­следования технологических приемов сокращения и совершенствования кон­струкции дискового сократителя. На основании выполненного аналитического обзора сформулированы задачи исследования, одной из которых является разработка методического подхода и алгоритма расчета оптимальных параметров работы оборудования для получения сокращенных проб с минимально возможной случайной по­грешностью.

Во второй главе на основании анализа работы дискового сократителя выполнено теоретическое обоснование оптимальных режимов его работы и предельных характеристик про­цесса оптимального сокращения, предложен количественный алгоритм изме­нения случайной погрешности сокращения в зависимости от степени неод­нородности сокращаемого материала, проведена экспериментальная про­верка оптимальности режимов работы дискового со­кратителя. Предлагаемое теоретическое обоснование оптимальных параметров режима сокращения включает в себя определение номинальной производи­тельности сократителя по исходному питанию и номинальной частоты вра­щения диска сократителя в зависимости от максимальной крупности и гра­нулометрического состава сокращаемого материала.

Номинальная производительность дискового сократителя Qсэто его производительность по исходному питанию, при которой материал схо­дит с поверхности вращающегося диска в виде слоя толщиной в одну частицу мак­симальной крупности, м3/ч:

,                         (1)

где R – радиус диска сократителя, м;

dmax – размер частицы максимальной крупно­сти, м;

K – коэффициент заполнения частицами материала единичного коль­цевого объема;

n – частота вращения диска, мин-1.

Номинальная частота вращения диска сократителя nсэто частота вращения диска, при которой поток материала сходит с его поверхности в виде одного слоя толщиной в одну частицу за один полный оборот диска, мин-1:

 .                                              (2)

Слой сокращаемого материала толщиной в одну частицу максимальной крупности, сходящий с поверхности диска за один его полный оборот, явля­ется расчетным элемен­том потока, который назван «единичным кольцевым объемом материала», м3:

.                                 (3)

Коэффициент заполнения единичного кольцевого объема частицами мате­риала представляет отношение объема частиц, находящихся внутри единичного кольцевого объема, к самому единичному кольцевому объему:

,                      (4)

где di– средний размер частицы i- го класса крупности, м;

?i– вы­ход i - го класса крупности, д.ед.;

m – количество классов крупности.

С целью обеспечения эффективного перемешивания материала на вращающемся диске сократителя и равномерного распределения потока при отрыве от поверхности диска приняты допущения, при которых сократитель работает с номинальной производительностью Qc:

1. Частицы сокращаемого материала после отрыва от края диска не должны сталкиваться друг с другом при перемещении в вертикальной плос­кости (в полете после отрыва от поверхности диска одна частица не должна опережать другую) до прохождения плоскости пробоотсекателя.

Выполнение данного условия обеспечивает пропорциональное отно­шение скоростей частицы в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Ве­личина скорости частицы в горизонтальной плоскости не должна превышать величину ее скорости в вертикальной плоскости более чем в четыре раза. В таком случае после отрыва от поверхности диска соотношение скоростей частицы в вертикальной и горизонтальной плоскостях выражается следую­щей зависимостью:

.                                                  (5)

Предельный случай приведенной зависимости будет представлять со­бой строгое равенство:

 .                                                 (6)

Схема выделения из потока единичного кольцевого объема материала показана на рисунке 1.

Диск 1.2-Model2-page-001.jpg                              а                                 3                         б

                                               2                                                                 3

Диск 1.2-Model-page-001.jpg                                                             

 


                    1

 


                                                                                    

1

Рисунок 1 – Принципиальная схема выделения из потока единичного кольцевого объема материала: а – вид сбоку, б – вид сверху, 1 – вращающийся диск сократителя; 2 – слой сокращаемого материала; 3 – единичный кольцевой объем сокращаемого материала

2. Расстояние от края диска до крайнего габарита пробоотсекателя в горизонтальной плоскости должно составлять величину не менее четырех размеров частицы максимального размера (4dмах).

3. Расстояние от поверхности диска до крайнего габарита пробоотсека­теля в вертикальной плоскости должно составлять величину не более поло­вины максимального размера частицы (0,5dмах).

4. Частица задерживается в пробоотсекателе при условии, что опуска­ется внутрь пробоотсекателя не менее, чем на половину своего диаметра (для частицы максимальной крупности 0,5dмах).

5. В материале, распределенном по поверхности диска тонким слоем         (к периферии – монослоем), отсутствуют условия для возникновения эффекта сегрегации.

В работе вводится понятие предельных характеристик процесса со­кращения. Это зависимости, устанавливающие пределы изменения массы продуктов сокращения в зависимости от радиуса диска сократителя и минимальной ширины пробоотсекателя (3dмах) при заданной случайной погрешности сокра­щения.

Минимальная масса исходной пробы:

 ,                         (7)

где ?м – плотность материала пробы кг/м3;

 – средняя крупность куска пробы, м;

 – максимальная массовая доля контролируемого компонента в ис­ходной пробе, %;

– минимальная массовая доля контролируемого компонента в ис­ходной пробе, %;

 – относительная случайная погрешность сокращения, %;

 – средняя массовая доля контролируемого компонента в исходной пробе, %.

Минимальный выход сокращенной пробы:

,                                      (8)

 ,                                 (9)

где   – заданная дисперсия массовой доли при сокращении, %2;

f - коэффициент формы (f = 0,5);

 - покусковая дисперсия, % 2;

?- плотность материала, кг/м 3.  

Уменьшение неоднородности исходной сокращаемой пробы можно достичь путем ее усреднения. Неоднородность материала пробы предлага­ется оценивать через дисперсию точечных проб. Тогда эффективность усред­нения материала предлагается выражать через введенный в расчет коэффи­циент неоднородности KS, являющийся отношением дисперсий точечных проб после усреднения пробы  и до усреднения пробы :

.         (10)

В выражение для расчета дисперсии массовой доли при сокращении предлагается добавить коэффициент неоднородности сокращаемой пробыKS, отражающий качество перемешивания пробы перед сокращением, %2:

,     (11)

где – покусковая дисперсия усредняемой пробы, % 2;  

qсокр– масса сокращенной пробы, кг;

qисх– масса исходной пробы, кг.

При значении коэффициента неоднородности KSменее единицы в ре­зультате перемешивания пробы перед сокращением ее неоднородность уменьшается, при величине KS более единицы перемешивание пробы приво­дит к сегрегации, в результате чего неоднородность материала пробы увели­чивается.

В работе была проведена эксперименталь­ная проверка оптимального характера процесса сокращения с использова­нием стендового дискового со­кратителя и искусственной маркированной смеси. Результаты экспериментов подтвердили соответствие эксперимен­тальных распределений теоретическим расчетным в пределах доверитель­ного интервала.

В третьей главе приведены результаты моделирования процесса со­кращения и устройства поточного сократителя.

Предложено принципиально новое устройство и принцип действия по­точного сократителя, формирующего сокращенную пробу методом микро­порционного непре­рывного продольно-поперечного пересечения потока.

Выноска 3 (без границы): 6Выноска 3 (без границы): 5Проведено эксперимен­тальное моделирование процесса сокращения в поточном сократителе на искусственных смесях различной крупности, со­стоящих из кварцевой крошки и кварцевых маркеров. Массовая доля контро­лируемого компонента в маркерах составляла 2,5 %. При этом все искусст­венные смеси, используемые при моделировании, содержат такое количество маркеров, чтобы массовая доля контролируемого компонента в смеси со­ставляла ? = 0,5 %.

Выноска 3 (без границы): 4Выноска 3 (без границы): 3Выноска 3 (без границы): 2При работе поточного сократителя с номинальными параметрами от­носительная случайная погрешность сокращения во всех случаях была ми­нимальной либо близкой к минимальной. В случае отклонения режима ра­боты поточного сократителя от номинальных значений производительно­сти и частоты вращения диска наблюдается значительное увеличение слу­чайной погрешности сокращения пробы и превышение допустимого предела откло­нения массовой доли контролируемого компонента. Зависимости относительной случайной погрешности сокращения пробы от произво­дитель­ности поточного сократителя и частоты вращения разбрасывающего диска приведены в таблице 1. Принципиальное уст­ройство поточного сократителя показано на рисунке 2.

Выноска 3 (без границы): 1Таким образом, получены результаты, подтверждающие теоретиче­ское поло­жение о минимизации погрешности со­кращения при работе по­точного сокра­тителя с номинальной производительно­стью по исходному питанию и номиналь­ной частотой вращения разбрасываю­щего диска.

Подпись: Рисунок 2 – Принципиальное устройство поточного сократителя:   1 – загрузочная воронка; 2 – корпус сократителя; 3 – диск усреднительный; 4 – направляющая воронка; 5 – диск разбрасывающий; 6 – пробоотсекатель регулируемый    В работе получено эксперимен­тальное подтверждение зависимостей предельных характеристик процесса со­кращения от случайной погрешности по­лучения сокращенной пробы для искусственных смесей различных классов круп­ности. Получены расчетные закономер­ности в соответствии с теоретической мо­делью зависимости выхода сокращенной пробы от массы исходной пробы при за­данной погрешности сокращения. Зави­симость минимального выхода сокра­щенной пробы от массы исходной пробы при допустимой относитель­ной погреш­ности сокращения  15 % для материала разной крупности показана на рисунке 3.

Таблица 1 – Зависимости относительной случайной погрешности сокращения пробы от производительности поточного сократителя и частоты вращения разбрасывающего диска

Крупность иск. смеси, мм

Ном.

производит.,

м3/ч

Ном. частота вращения разбр. диска, мин-1

Допустимая отн. погрешность сокращения, %

Отн. погрешность сокращения фактич., %

-13+8

0,783

416

21,68

7,80

-8+5

0,607

530

10,47

7,40

-5+3

0,181

670

5,17

5,00

-3+1

0,104

865

2,40

2,00

-1+0

0,012

1 499

0,46

0,40

Результаты моделирования показы­вают соответствие экспериментальных за­висимостей предельных характеристик процесса сокращения установленным принципиальным теоретическим зави­симостям.

На рисунке 4 показана взаимная связь выхода сокращенной пробы, найденного исходя из заданной погрешности сокращения, с крупностью сокращаемого материала и радиусом разбрасывающего диска поточного сократителя.

 

 


d3 < d2 < d1

 

 

Рисунок 3 – Зависимость минимального выхода сокращенной пробы от массы исходной пробы при допустимой относительной погрешности сокращения 15 %

Экспериментальным моделированием показано, что для ис­ходной пробы заданной крупности существует предел увеличения ее массы, обусловленный минимально возможным выходом сокра­щен­ной пробы для существующего радиуса разбрасывающего диска R и минимальной ширины пробоотсекателя (3dмах). Уменьшение выхода сокращенной пробы в данных условиях можно дос­тичь только за счет увеличения радиуса разбрасывающего диска.

В результате доказано, что для постоянного значения выхода сокра­щенной пробы существует предел по увеличению массы и крупности исход­ной пробы, обусловленный радиусом разбрасывающего диска поточного со­кратителя. Снижение выхода сокращенной пробы в этом случае возможно только за счет увеличения радиуса разбрасывающего диска.

Рисунок 4 – Зависимость выхода сокращенной пробы искусственной смеси крупностью

(-5+3) мм от массы исходной пробы и геометрических параметров поточного сократителя при относительной погрешности сокращения 15 %: 1 – радиус разбр. диска 0,05 м;

2 – радиус разбр. диска 0,10 м; 3 – радиус разбр. диска 0,15 м

Получено экспериментальное подтверждение необходимости учета степени неоднородности распределения контролируемого компонента при расчете дисперсии и случайной погрешности сокращения пробы. Экспериментально до­казано, что при перемешивании материала с различной плотностью и круп­ностью составляющих его компонентов возможно возникновение обратного эффекта, когда степень неоднородности материала после перемешивания увеличивается за счет сегрегации материала по плотности и крупности. В этом случае коэффициент неоднородности принимает значение более еди­ницы. Экспериментальным путем было доказано, что погрешность сокраще­ния при увеличении неоднородности материала может быть больше рассчи­танной по известным формулам.

Величина коэффициента неоднородности материала KS после прохож­дения через рабочую камеру поточного сократителя с усреднительным дис­ком более чем в два раз меньше, чем при работе поточного сократителя без усреднительного диска. На основании этого можно сделать вывод о необхо­димости предварительного механизированного усреднения. По эффективно­сти усреднения материала поточный сократитель показал преимущество пе­ред распространенными способами усреднения. Результаты экспериментов представлены в таблице 2.

На основании этого показано, что операция предварительного переме­шивания материала снижает коэффициент неоднородности сокращаемой пробы в 2,1 раза, при этом происходит снижение дисперсии и относитель­ной случайной погрешности сокращения в 2,0 и 1,4 раза. Поперечная неодно­родность потока по массовой доле контролируемого компонента за счет операции перемешивания снижается до величины коэффициента неодно­родности 0,44.

Таблица 2 - Зависимость коэффициента неоднородности

от способа усреднения и продолжительности усреднения

Значение коэффициента неоднородности KS

поточный сократитель с усреднит. диском

перемешивание

в барабане мельницы

(продолжительность, с)

способ перекатывания

(количество операций)

способ «кольца и конуса»

(количество операций)

0,44

0,70 (60 с)

0,92 (3)

0,82 (1)

1,03 (180 с)

1,34 (9)

0,89 (3)

1,17 (360 с)

1,28 (18)

0,80 (6)

При этом величина случайной погрешности получения сокращенной пробы зависит от дисперсии массовой доли контролируемого компонента, рассчитанной с учетом эффективности предварительного усреднения сокращаемого материала через предложенный коэффициент неоднородно­сти.  

В четвертой главе приведены обоснование типоразмерного ряда по­точных сократителей и результаты разработки промышленных поточных со­кратителей. На рисунке 5 приведены линейные размеры поточного сократи­теля для расчета единичного объема материала перед подачей на разбрасы­вающий диск.

Для сокращения больших проб в промышленных условиях разработан типоразмерный ряд поточных сократителей, отвечающий условиям значи­тельного увеличения массы исходной пробы при сохранении требуемой массы сокращенной пробы. Основным параметром, определяющим типораз­мер поточного сократителя, принят радиус разбрасывающего диска R. Объем материала при выходе из подводящей воронки поточного сократителя Vв оп­ределяется по следующей зависимости, м3:

.     (12)

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 5 – Линейные размеры поточного сократителя для расчета единичного объема материала перед подачей на разбрасывающий диск

Длина окружности диска сократителя и размер частицы сокращаемого материала максимальной крупности определяют величину единичного коль­цевого объема материала, находящегося на периферии диска. Единичный кольцевой объем сокращаемого материала при номинальных параметрах ра­боты поточного сократителя в каждый период времени формируется из того объема материала, который разгрузился на разбрасывающий диск из подво­дящей воронки. Таким образом, радиус разбрасывающего диска поточного сократителя R обусловлен­ максимальной крупностью сокращаемого мате­риала, м:

.                                               (13)

Так как пробоотсекатель перекрывает собой всю рабочую камеру по­точного сократителя по ее диаметру, отбор сокращенной пробы произво­дится в двух прямо противоположных точках потока сокращаемого мате­риала. Выход сокращенной пробы определяется по следующей формуле, %:

                                          (14)

При постоянной крупности сокращаемого материала увеличение ра­диуса разбрасывающего диска приводит к уменьшению минимального вы­хода сокращенной пробы. Зависимости минимального выхода сокращенной пробы от радиуса разбра­сывающего диска для различной крупности сокра­щаемого материала пока­заны на рисунке 6.

Предложен промышленный поточный сократитель, состоящий из кор­пуса, разгрузочной системы, усреднительного агрегата, регулируемого про­боотсекателя, привода и установочной рамы. Разработан типоразмерный ряд поточных сократителей с радиусом разбрасывающего диска от 0,075 до 0,450 м, для которых радиус разбрасывающего диска увеличивается пропор­ционально возрастанию крупности сокращаемого материала от 6 до 60 мм. Разработаны модифицированные варианты поточных сократителей, обеспечивающие получение до четырех параллельных сокращенных проб и сокращение материала с влажностью до 18 %.

 

 


Рисунок 6 – Зависимость минимального выхода сокращенной пробы от радиуса разбрасывающего диска для различной крупности сокращаемого материала: 1 – для крупности (-10) мм; 2 – для крупности (-20) мм; 3 – для крупности (-30) мм; 4 – для крупности (-50) мм

Поточный сократитель и способ сокращения и отбора проб с его использованием защи­щены Патентом РФ на изобретение № 2347205, на предложенный ряд типо­размеров поточного сократителя разработаны технические условия ТУ 3132-001-12282200-2008 и ТУ 3132-002-12282200-2008, получен сертификат соот­ветствия ГОСТ Р № РОСС RU.АВ72.Н02276.

В пятой главе показаны результаты внедрения поточных сократителей на производственных объектах и технико-экономические результаты внедре­ния.

Поточные сократители в промышленности получили основное приме­нение в качестве аппаратов для подготовки сокращенных проб исходного сырья и готовой продукции. Схема предполагает выгрузку сокращаемой пробы из тары в поточный сократитель и загрузку в другую тару на выходе из поточ­ного сократителя. Поточный сократитель, уста­новленный в перегру­зочном узле, позволяет выполнять необходимую проце­дуру опробования при перегрузке без потери времени и затрат на дополни­тельные операции. В на­стоящее время поточные сократители различных типоразмеров включены в состав проборазделочных линий для сокращения проб различной крупности на различных стадиях проборазделки. Поточные сократители вы­полняют функцию сокращения пробы перед первой стадией уменьшения крупности, между двумя стадиями уменьшения крупности, а также форми­руют конеч­ную сокращенную пробу после последней стадии уменьшения крупности. На основе поточного сократителя разработана станция опробования пульпы, предназначенная для опробования потока пульпы в трубопроводе.

Поточные сократители внедрены на следующих промышленных объек­тах: Филиал «Производство полиметаллов» ОАО «Уралэлектромедь»,                    ЗАО «Кыштымский медеэлектролитный завод», ОАО «Ураласбест», ОАО «Уфа­лейникель», ОАО «Уральский институт металлов», ОАО «Сильвинит»,            СП ЗАО «Омсукчанская горно-геологическая компания», ОАО «Среднеураль­ский медеплавильный завод»,  ОАО «Южуралзолото Группа Компаний»,      ОАО «Богословское рудоуправление», ООО «Березовское рудоуправление», ОАО «Святогор», ЗАО «Базовые металлы», ООО «Уралтехноцентр»,             ОАО «Гайский ГОК», ООО «Коралайна Инжиниринг», ООО «Компания «Интер­полихим».

Технико-экономический эффект от применения поточных сократителей в области контроля качества промышленных предприятий делится на три ос­новные статьи:

1. Снижение трудозатрат процесса опробования за счет механизации и увеличения производительности процедуры сокращения пробы.

2. Оптимизация товарно-денежных расчетов в системе «поставщик-по­требитель» за счет снижения невязки товарного баланса.

3. Снижение затрат на компенсационные выплаты работникам за счет улучшения условий труда.

Использование поточных сократителей на промышленных предпри­ятиях позволило повысить производительность труда при обработке проб до четырех раз, до 30 % снизить величину фонда оплаты труда и уменьшить ве­личину относительной случайной погрешности операции сокращения в 2 – 10 раз, при этом улучшив условия труда работников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований приводится решение актуальной научно-технической задачи по оптимизации процесса получения сокращенных проб на основании закономерностей изменения случайной погрешности пробы в зависимости от крупности сокращаемого материала и его неоднородности:

Основные научные и практические результаты диссертационной ра­боты заключаются в следующем:

1. Впервые предложена и экспериментально подтверждена методика количественного определения номинальной производительности поточного сократителя по исходному материалу и номинальной частоты вращения раз­брасывающего диска поточного сократителя, при которых получение сокра­щенной пробы сопровождается минимально возможной случайной погреш­ностью, зависящих от крупности и гранулометрического состава сокращае­мого материала.

2. Результаты экспериментального и математического моделирования подтвердили теоретическое положение о минимизации погрешности сокра­щения при работе поточного сократителя с номинальной производительно­стью по исходному питанию и номинальной частотой вращения разбрасы­вающего диска.

3. Получены теоретические и подтверждающие их экспериментальные зависимости случайной погрешности сокращения от массы исходной пробы и выхода сокращенной пробы поточного сократителя. Установлены предель­ные значения характеристик процесса получения сокращенной пробы в по­точном сократителе, учитывающие случайную погрешность получения со­кращенной пробы, крупность сокращаемого материала, степень неоднород­ности сокращаемого материала по массовой доле контролируемого компо­нента и радиус разбрасывающего диска поточного сократителя.

4. Предложены методика количественной оценкиэффективности ус­реднения материала, расчетный коэффициент неоднородности, характеризующий качество перемешивания пробы перед сокращением и учи­тываемый при расчете дисперсии сокращения пробы. Коэффициент неодно­родности определяется отношением квадратов дисперсий точечных проб по­сле усреднения и до усреднения пробы.

5. Впервые предложено устройство и принцип действия поточного со­кратителя для получения сокращенной пробы методом микропорционного непрерывного про­дольно-поперечного пересечения потока.

6. Реализованная в поточном сократителе операция предварительного перемешивания материала снижает коэффициент неоднородности сокращае­мой пробы более чем в два раза. При этом происходит снижение дисперсии и относительной случайной погрешности сокращения в 2,0 и 1,4 раза соот­ветственно. Снижение неоднородности сокращаемого материала по массовой доле контролируемого компонента доказывает справедливость теоретиче­ских положений о возможности количественной оценки снижения погрешно­сти операции сокращения.

7. Продольная неоднородность потока сокращаемого материала по массовой доле контролируемого компонента соответствует продольной не­однородности сокращенной пробы поточного сократителя. Поперечная неод­нородность потока по массовой доле контролируемого компонента за счет операции перемешивания существенно снижается до величины коэффици­ента неоднородности 0,25.

8. Предложенный поточный сократитель при усреднении потока со­кращаемого материала обеспечивает наименьшее значение коэффициента неоднородности (0,44) по сравнению с известными способами усреднения – способом перекатывания, «кольца и конуса» и усреднения во вращающемся барабане лабораторной мельницы, для которых коэффициент неоднородно­сти принимает значения в диапазоне от 0,70 до 1,34.

9. Математически обоснован и предложен типоразмерный ряд поточ­ных сократителей с радиусом разбрасывающего диска от 0,075 до 0,450 м, для которых радиус разбрасывающего диска увеличивается пропорционально возрастанию крупности сокращаемого материала от 6 до 60 мм.

10. Разработаны модифицированные варианты промышленных поточ­ных сократителей, обеспечивающих получение до четырех параллельных со­кращенных проб и сокращение материала с влажностью до 18 %.

11. На разработанный поточный сократитель получен Патент РФ на изобретение, приоритет на полезную модель, на предложенный ряд типораз­меров поточного сократителя получены два технических условия, получен сертификат соответствия ГОСТ Р. 

12. Использование разработанных поточных сократителей на 14 про­мышленных предприятиях в количестве более 20 единиц позволило повы­сить производительность труда при обработке проб до четырех раз, на 20 – 30 % снизить величину фонда оплаты труда при сохранении уровня заработ­ной платы и уменьшить величину относительной случайной погрешности операции сокращения в 2 – 10 раз, при этом улучшив условия труда работни­ков.

 

Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журна­лах:

1. Комлев А. С. Оптимизация процессов промышленной пробоподго­товки//Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2011. № 4. Уральский центр академического обслуживания. С. 67 – 70.

2. Комлев А. С. Теоретическое обоснование параметров работы диско­вого сократителя//Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2010. № 4. С. 96 – 101.

3. Комлев А. С. Обоснование соответствия дискового сократителя тре­бованиям нормативной документации//Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2010. № 4. С. 79 – 83.

Работы, опубликованные в других изданиях:

4. Комлев А. С. Совершенствование процесса опробования пульпооб­разных продуктов // Материалы XVI международной научно-техниче­ской конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2011. С. 6 – 10.

5. Комлев А. С. Практика использования сократителей типа СМД-2 в процессах опробования // Материалы международной научно-техниче­ской конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2010. С. 39 – 44.

6. Комлев А. С. Определение параметров работы дискового сократи­теля // Материалы международной научно-техниче­ской конференции «Науч­ные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатерин­бург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2009. С. 72 – 81.

7. Комлев А. С. Закономерности процесса сокращения в дисковом со­кратителе // Материалы международной научно-техниче­ской конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Ека­теринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2009. С. 81 – 87.

8. Комлев А. С. Новые решения в практике опробования продуктов обогащения // «Неделя горняка-2007». Материалы международного совеща­ния. М.: 2008. С. 306 – 311.

9. Комлев А. С. Совершенствование конструкции и режима работы дискового сократителя. // Материалы международной научно-техниче­ской конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2008. С. 175 – 179.

10. Комлев А. С. Повышение уровня механизации процессов опробова­ния. // VI Конгресс обогатителей стран СНГ. Материалы Кон­гресса, том I. – М.: Альтекс, 2007. С. 176, 177.

11. Комлев А. С. Снижение погрешности сокращения и отбора проб при использовании усовершенствованного дискового сократителя // Мате­риалы международной научно-техниче­ской конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатеринбург: Издатель­ство «Форт Диалог-Исеть», 2007. С. 114 – 117.

12. Комлев А. С. Изучение возможности снижения случайной погреш­ности сокращения пробы // Материалы международной научно-техниче­ской конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2007. С. 117 – 122.

13. Морозов Ю. П., Комлев А. С. Совершенствование оборудования для сокращения и отбора проб. // Международное совещание «Плак­синские чтения – 2007», г. Апатиты. Т. 1. Апатиты, 2007. С. 197 – 200.

14. Комлев А. С. Организация опробования исходного сырья и отходов аффинажного производства // Материалы Международной научно-техниче­ской конференции «Научные основы и практика  переработки руд и техно­генного сырья». Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2006.С. 11 – 18.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать 17 апреля 2012 г.

Формат 60 х 84 1/16  Бумага писчая Печать на ризографе

Печ. л. 1,0 Тираж 100. Заказ

Издательство Уральского государственного университета

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Отпечатано с оригинала – макета в лаборатории множительной техники УГГУ

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



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

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