Эрдэнэ исследование и выбор ресурсосберегающих параметров шаровой загрузки мельниц при измельчении медномолибденовых руд

На правах рукописи

Сосорбарамын Бат - Эрдэнэ

ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ШАРОВОЙ ЗАГРУЗКИ МЕЛЬНИЦ

ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ МЕДНОМОЛИБДЕНОВЫХ РУД

Специальность 05.05.06 – «Горные машины»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург - 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации

Боярских Геннадий Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Афанасьев Анатолий Ильич

кандидат технических наук, доцент Таугер Виталий Михайлович

Ведущая организация – ОАО «Научно-технический центр угольной промышленности по открытым горным разработкам – Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом» (ОАО «НТЦ-НИИОГР»)

Защита состоится 17 июня 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета.

Автореферат разослан 14 мая 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного М. Л. Хазин

совета д.т.н. проф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Наиболее ресурсозатратными в процессе переработки руды являются дробление и измельчение, от этих процессов существенно зависит эффективность работы предприятия. Экономическое значение этих операций определяется тем, что их доля составляет 60 – 80 % от общих затрат на обогатительных фабриках. Поэтому дальнейшее совершенствование этих процессов и оборудования, упрощение схем измельчения, снижение энергоемкости процесса и повышение качества расходных материалов в существующей ситуации являются актуальными.

Известна причинно-следственная связь эффективности процесса измельчения рудных материалов в шаровых мельницах с составом, количеством и динамикой циркуляции измельчающей среды. Для каждого сочетания гранулометрического состава, физических свойств измельчаемой руды, массы шаровой загрузки, износостойкости измельчающих тел и других факторов существует оптимальная динамика ее циркуляции, отвечающая наибольшей производительности и эффективности измельчения. Поэтому качественная и количественная оценка указанной связи для условий, аналогичных КОО «Предприятие Эрдэнэт», имеет научно-практическое значение и может стать объектом данных исследований. В связи с этим, дальнейшее совершенствование оборудования, упрощение схем измельчения, снижение энергоемкости процесса и повышение качества расходных материалов в существующей ситуации является актуальным.

Цель работы – повышение эффективности процесса измельчения за счет формирования рационального состава измельчающей среды, обеспечивающего уменьшение интенсивности изнашивания измельчающих тел и энергоемкости процесса.

Основная идея работы - формирование состава измельчающей среды

мельницы в соответствии с динамикой изнашивания шаров и изменением энергоэффективности и качества руды.

Методы исследования:

- аналитическое моделирование кинетики и динамики контактного

взаимодействия элементов среды загрузки по критериям их энергоемкости и износостойкости мелющих шаров;

- экспериментальные исследования физико-механических свойств материалов измельчающих тел в лабораторных условиях;

- статистическое моделирование и идентификация квалиметрических характеристик измельчающих шаров;

- промышленная апробация выбранных параметров измельчающей среды в шаровых мельницах МШЦ 5500 х 6500.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. При оценке эффективности процесса измельчения необходимо учитывать изменения параметров измельчающей среды во времени и в пространстве рабочей камеры.

2. Энергоемкость, нагруженность и технологические свойства измельчающей среды зависят от соотношения составляющих объемов с каскадным, водопадным режимами измельчения и от физико-механических характеристик измельчающих шаров.

3. Гипотеза о нормальном законе распределения значений показателей качества мелющих шаров выборки из партии промышленного объема, на основании которого могут быть установлены границы отклонений с заданной вероятностью этих показателей и дан прогноз их качества в объеме промышленной партии, а также допустимые риски изготовителя и потребителя шаров.

4. Адекватность и достаточная информативность оценки энергоемкости и износостойкости мельниц достигается в пределах установленных соотношений объемов каскадного и водопадного режимов и обеспечивается заданным составом шаровой загрузки и гарантированными допусками на параметры качества шаров.

Научная новизна диссертационной работы:

- граничные условия ресурсосберегающего измельчения медномолибденовых руд по энергозатратам и расходу измельчающих тел определены с учетом изменения состояния компонентов среды загрузки мельницы и изменения соотношения объемов загрузки с каскадным и водопадным режимами измельчения, имеющими различную энергоемкость и интенсивность изнашивания измельчающих тел;

- предложены математические модели изменения доли энергозатрат зон с истирающим и ударным измельчением, что позволяет повысить точность диапазонов ресурсосберегающих режимов работы шаровых мельниц без снижения качества измельченного продукта;

- дана феноменологическая оценка связи технологических и эксплуатационных свойств материала шаров с их химическим составом и размерами;

- разработаны статистические модели качества измельчающих шаров в пределах допусков на его параметры по углеродному эквиваленту, подтвержденных патентом автора работы.

Практическое значение работы:

- установлена возможность достижения ресурсосберегающих параметров работы мельницы с учетом закономерности изменения энергозатрат и износа в зависимости от соотношения доли истирающего и ударного измельчения руды;

- получены регрессионные зависимости энергоемкости и выхода измельчающих шаров различных конструктивно-технологических вариантов исполнения;

- установлена масса шаровой загрузки, позволяющая в регламентированных условиях рудоподготовки минимизировать энергозатраты и расход шаров;

- разработана методика статистического регулирования качества изготовления мелющих шаров по параметрам химического состава и прочностным свойствам материала;

- определены границы допустимого риска изготовителя и потребителя мелющих шаров по параметрам их качества;

- разработаны технические условия стандарта на химический состав материала мелющих шаров патентоспособного уровня, обеспечивающие реализацию цели и задач исследования.

Реализация результатов работы:

- технические предложения КОО «Предприятие Эрдэнэт» по корректировке технологического регламента обогатительной фабрики КОО «Предприятие Эрдэнэт» на предельные значения массы и состава шаровой загрузки мельниц, нормы энергозатрат, расхода и догрузки шаров, передачи КОО «Ораметалл» регламента на контроль качества изготовления мелющих шаров;

- разработка стандарта КОО «Предприятие Эрдэнэт» на изготовление литых мелющих шаров;

- корректировка технических условий поставки мелющих шаров КОО «Предприятие Эрдэнэт» предприятиями России, Китая, Казахстана и Украины;

- разработка химического состава сплава для изготовления литых мелющих тел на предприятии КОО «Ораметалл».

Апробация. Результаты работы доложены на трех международных конференциях: «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», 22-27 мая 2006 г, 21-26 мая 2007 г, 26-30 мая 2008 г, «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности», 15-17 мая 2006 г, «Уральская школа - регионам», 21-28 апреля 2009 г, г. Екатеринбург.

- доклады на горнопромышленных декадах 2006 - 2009 гг. Уральского государственного горного университета, г. Екатеринбург, на научно-технических конференциях Монголии.

Публикации.

Основные научные результаты опубликованы в 8 печатных работах, в том числе 1 работа – в журнале из перечня ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех основных глав, заключения и списка литературы из 96 наименований. Работа изложена на 195 страницах машинописного текста и содержит 44 рисунка, 26 таблиц и 11 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ современного состояния исследований по проблеме ресурсосбережения при измельчении горных пород и определены задачи исследования.

Актуальность исследований процессов рудоподготовки предопределена их относительно большой энергоемкостью и материалоемкостью, а также ростом объемов переработки полезных ископаемых, в частности, бедных руд и промышленных отходов; появлением новых технологий в обогащении и металлургии.

Наибольший вклад в создание теоретических основ техники рудоподготовки внесли Э.В. Дэвис, F. Bond, Т.К. Прентис, В.А. Олевский, С.Е. Андреев, Л.А. Вайсберг, В.В. Зверевич, В.И. Ревнивцев, Ю.В. Дмитрак.

Практика проектирования, расчета и технологического применения измельчительного оборудования была развита благодаря работам Л.Ф. Биленко, Н.И. Блинова, Е.Е. Серго, П.В. Малярова, В.А. Перова, А.Е. Тунцова, К.А. Разумова, С.Ф. Шинкаренко и многих других.

Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований по размольному оборудованию показывает, что работы связаны с изучением особенностей рабочих процессов мельниц барабанного типа по кинетике и динамике измельчения, разработкой средств управления качеством готового продукта измельчения; направлены на повышение технического уровня эксплуатации, а также снижение энергоемкости агрегатов.

Вместе с тем, несмотря на большой объем исследовательских работ, вопросы формирования рациональных энергозатрат и минимизации расхода шаров, в частности, для рудных барабанных мельниц типа МШЦ 5500х6500, изучены недостаточно полно. Такое положение вызвано, с одной стороны, сложностью изучения процесса измельчения как стахостического процесса с большим количеством факторов, с другой – многостадийностью процесса измельчения, многообразием технологических схем измельчения и техническими трудностями обеспечения доступности наблюдения за процессом измельчения.

В процессе износа измельчающей среды уменьшается масса шаровой загрузки Мшз, но это изменение не учитывается в оценке и планировании энергоемкости измельчения в принятых граничных условиях для каждого предприятия и кондициях входящего и исходящего продукта, следовательно, имеется необходимость корректировки массы и состава загрузки мелющей среды.

Коэффициент шаровой загрузки оказывает значительное влияние на энергоемкость процесса измельчения, т.к. в мельнице он имеет переменный характер в связи с изнашиванием шаров.

В известных формулах, определяющих полезную мощность шаровой мельницы, не учитывается при смешанном режиме работы мельницы соотношение долей каскадной и водопадной зон.

Усредненная количественная оценка по энергозатратам во времени и пространстве не в полной мере учитывает изменение объема зон каскадной и водопадной частей при смешанном режиме работы барабанной мельницы в течение процесса измельчения, а также не в полной мере учитывается диаметр шара. Таким образом, не учитывается влияние изменения диаметра шара на эффективность измельчения, в том числе и на качество готового продукта по фракционному составу, например, по необогатимой фракции.

Проанализирован химический состав шаров различных изготовителей мира (Россия, Китай, Казахстан, Япония, Монголия) и влияние легирующих элементов сплава на износостойкость, ударную вязкость, твердость (табл.1). В связи с этим выполнен патентный анализ, а также проанализированы способы изготовления шаров и их влияние на процесс измельчения.

Страна, предприятие- поставщик	Диа- метр, мм	Способ изготовления		Химический состав, %											ТвердостьНВ	Цена за тонну, $	Удельный расход шаров, кг/т
				С	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	Al	Cu	Ti
Химический состав шаров по ГОСТ 7524-89
Катаные шары				0,6-1,8	0,05-0,75	0,2-1,2	0,01-0,09	-	0,25-2,65	0,001-0,02	0,01-0,1	-	0,01-0,18	-	331-401
Литые шары				1,8-3,8	0,6-2,0	0,9-2,5	до 0,15	до 0,15	1,0-5,0	-	-	-	-	-	331-401
Средние значения содержания элементов, взятых из партии поставки шаров
Япония	80		Литье	3,13	0,41	0,93	0,028	0,017	2,84	0,02	0,05	0,003	0,06	0,018	426	1500	1,02
Россия, НКМК	100		Прокатка	0,57	0,63	0,71	0,05	0,09	0,7	0,015	0,096	0,007	0,12	0,013	475	800	1,18
Монголия, Эрдэнэт Металл	80		— //	0,6	0,27	0,72	0,02	0,038	0,09	0,004	0,08	0,001	0,14	0,005	480	750	1,14
Монголия, Ораметалл	100		Литье	1,67	0,9	1,3	0,05	0,04	2,1	-	-	-	-	-	475	720	1,04
Россия, НТМК	100		Прокатка	0,54	0,6	0,59	0,05	0,09	0,69	0,045	0,095	0,006	0,11	0,0012	460	850	1,18
Россия, Гурьевский МК	100		— //	0,6	0,59	0,6	0,05	0,09	0,68	0,015	0,096	0,006	0,11	0,0012	465	820	1,18
КНР, Анхун	100		Литье	1,87	0,92	1,6	0,05	0,04	3,8	0,22	0,09	0,07	0,2	0,12	460	890	1,03
Казахстан, Кастинг	80		Прокатка	0,58	0,98	0,8	0,04	0,048	0,52	0,01	0,08	0,005	0,09	0,001	450	875	1,18
Россия, Столбовский ЛЗ	80		Литье	2,8	1,1	1,3	0,01	0,08	0,09	-	-	-	-	-	430	890	1,19

Таблица 1

Показатели качества мелющих шаров различных производителей

Наряду с этим были рассмотрены ГОСТ на катаные и ТУ на литые шары, в которых не в полной мере отражены параметры качества партии и отдельных шаров, допустимый диапазон с заданной вероятностью рассеяния химического состава и углеродного эквивалента материала шаров для измельчения различных типов руд.

На основании анализа результатов выполненных исследований и исходя из требований к повышению эффективности процесса измельчения сформулированы основные задачи работы:

анализ факторов, определяющих нагруженность и изнашивание измельчающих тел в шаровой мельнице;

аналитические исследования возможности выбора технологических и эксплуатационных характеристик измельчающей среды в шаровой мельнице;

экспериментальное обоснование и выбор параметров качества измельчающих шаров;

промышленная апробация и обоснование технических требований к изготовлению и поставке измельчающих шаров.

Во второй главе выявлены предпосылки и граничные условия моделирования процесса измельчения медномолибденовых руд и определены его закономерности.

Установлено, что на показатели эффективности процесса измельчения (производительность мельницы, потребляемая мощность, расход измельчающих шаров, гранулометрический состав продуктов измельчения) в значительной мере оказывают влияние качества, объем мелющих тел, загружаемых в мельницу, и соотношение полного объема (Vп) шаровой загрузки к объему с каскадным движением шаров (Vк):

Vк/Vп = Fк/Fп•, (1)

где Fк и Fп - площади каскадной зоны и сечения полного объёма загрузки (см. рис. 1, Fк отмечена штриховкой, Fп ограничена контуром A, F, B, C и окружностью радиуса r).

Рис. 1. Эпюра заполнения мельницы мелющими телами

при смешанном режиме:

1 - каскадная зона; 2 - водопадная зона; - центральный угол, охватывающий каскадную зону; - угол поворота шаровой загрузки; R1 - внутренний радиус барабана мельницы или радиус наружного слоя шаров; Rr - радиус дуги граничного (внутреннего) слоя между каскадной и водопадной зонами;

А1, F1, B1, C1 - контур внешнего слоя шаровой загрузки; F1, F, A2, O1, C1, - пунктирная кривая координат перехода шаровой загрузки с траекторий подъёма на траектории падения или сползания

Разработаны математические модели изменения энергоемкости процесса измельчения в соответствии с соотношением объемов каскадной и водопадной зон, исходя из различных теорий, а также выбраны критерии выбора адекватных и информативных моделей для оценки эффективности процесса измельчения. Нижеприведенная формула представляет собой сумму составляющих энергозатрат для водопадного и каскадного режимов измельчения: , (2)

где Vк – объем каскадной зоны; Vп – полный объем загрузки;

D,L – диаметр и длина барабана, м; - относительная частота вращения барабана, доли единицы; - относительное заполнение мельницы измельчающими шарами, доли единицы; – центральный угол, охватывающий каскадную зону; – угол смещения поворота шаровой загрузки; ш – объемная масса литых и катаных шаров, т/м3; Кш = 1,02(dш – 12,5D/50,8) – поправочный коэффициент; dш – максимальный диаметр шара, мм.

Вычислительный эксперимент (табл. 2, рис. 2) показывает, что уменьшение массы шаровой загрузки с 270 до 228 т приводит к снижению затрачиваемой полезной мощности, и зависимость этих показателей адекватно описывается регрессионным уравнением, при этом удельные затраты полезной мощности в связи с износом шаровой загрузки обратно пропорциональны массе шаровой загрузки.

Таблица 2

Результаты вычислительного и промышленного экспериментов

Мш	N, кВт	NR		N	NМш	N(R)мш	Nмш	N, кВт	NR	N	NМш	N(R)мш	NVш
1	2	3		4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
228 242 256 270	2558 2578 2630 2677	N= Мш /(B0+B1)/ Мш		0,985	11,2 10,6 10,3 9,9	N= B0* Мш /(B1+ Мш)	0,989	2804 2951 2987 2967	N=/(B0+B1)/ Мш	0,786	12,3 12,2 11,6 11,0	N= (B0+B1)* Мш^3	0,979
			Примечание. Столбцы 1-7 - результаты вычислительного эксперимента; столбцы 8-13 - результаты промышленного эксперимента; Мш – масса шаровой загрузки, т; N – полезная мощность, вычисленная по формуле (2), кВт; NМш = N/ Мш – удельная полезная мощность, кВт/т; N – ; N – корреляционные отношения (гр.4,7,10,13); N(R)мш – регрессионные уравнения (гр.3,6,9,12).

Рис. 2. Модели энергоемкости измельчения в мельнице МШЦ 5500х6500 по результатам вычислительного и промышленного экспериментов

Модели регрессионного вида (см. рис. 2) являются достаточно информативными для практической оценки энергоемкости процесса и изнашивания шаров в других мельницах при условии подобия параметров по относительной частоте вращения барабана, коэффициенту заполнения барабана мельницы измельчающими шарами и удельным энергетическим затратам.

Дана аналитическая и численная оценки циклической нагруженности и условий изнашивания шаров в процессе измельчения при различных режимах работы (табл. 3), которая дает основания прогнозировать момент критического изменения состава и массы шаровой загрузки и периодичность ее восстановления для обеспечения ресурсосберегающих параметров работы мельниц.

Таблица 3

Результаты расчетов числа циклов движения шара и числа шаров на круговой и параболической траекториях для мельниц МШЦ 5500х6500

Наименование искомого параметра	Численное выражение
Угол отрыва шара, град	57
Скорость шара как тело, брошенное под углом к горизонту, м/с	3,697
Время одного оборота барабана мельницы tп, с	4,38
Время прохождения шара по круговой траектории tс, с	1,6
Время прохождения шара по параболической траектории tр, с	1,27
Время одного цикла движения шара Т, с	2,88
Число циклов шара за время одного оборота барабана мельницы, Ц	1,52
Количество одноразмерных шаров в мельнице N, шт диаметр шара 100 мм. диаметр шара 80 мм.	58442 114894
Количество шаров на круговой траектории Nс, шт диаметр шара 100 мм. диаметр шара 80 мм.	93857 184957
Количество шаров на параболической траектории Nр, шт диаметр шара 100 мм. диаметр шара 80 мм.	74473 145938
Количество шаров в слое на обеих траекториях Ns, шт диаметр шара 100 мм. диаметр шара 80 мм.	168313 330895
Количество шаров данного слоя, находящихся на круговой траектории, % диаметр шара 100 мм. диаметр шара 80 мм.	55,8 55,9
Количество шаров данного слоя, находящихся на параболической траектории, % диаметр шара 100 мм. диаметр шара 80 мм.	44,2 44,1

Модель полезной мощности для смешанного режима измельчения с дифференциальной и интегральной формами представления параметров шаровой загрузки создает предпосылки для установления функциональной связи энергоемкости процесса, массы шаровой загрузки и выхода (износа) шаров.

В третьей главе изложена методика экспериментальной оценки прочностных, технологических и эксплуатационных свойств мелющих шаров.

Испытания на износостойкость проводились на стенде кафедры эксплуатации горного оборудования УГГУ. Для исследования на износостойкость было изготовлено по шесть образцов-колец из материала литых шаров производства КОО «Ораметалл» и катаных производства ОАО «НТМК». При испытании образцов были выдержаны все основные параметры, моделирующие условия нагружения и изнашивания мелющих шаров, а также обеспечена возможность одновременной установки на шпиндель шести колец от каждого варианта. В процессе испытаний образцы совершили 50000 оборотов шпинделя, усилие прижатия колодки к кольцу составляло 40 Н, что обеспечило удельную нагрузку на поверхность трения 130 МПа. Наработка до предельного состояния (рис. 3) составила 55 ч для образцов, изготовленных из катаных стальных шаров (сплошная линия), а для образцов, изготовленных из литых шаров, 66 ч (пунктирная линия).

В результате испытаний износостойкость литых шаров до предельного состояния повысилась на 17 % по сравнению с катаными. Износостойкость литых шаров в период приработки значительно выше катаных благодаря существенному снижению интенсивности изнашивания. Это достигается за счет повышения углеродного эквивалента легирующих элементов в материале литых шаров.

Рис. 3. Абсолютный износ образцов (прогноз)

В экспериментальной части работы исследованы также технологические условия ресурсосбережения и интенсификации процесса измельчения. Для этого проведены эксперименты на стендовой установке конструкции УГГУ, имитирующей промышленную барабанную мельницу в пропорции по массам измельчающей среды (228, 256, 270 т), размерам и формам измельчающих тел.

Данные стендовых испытаний представлены в табл. 4.

Таблица 4

Выход готового продукта -0,074 по интервалам времени при измельчении различными телами, кг/мин

Интервалы времени, мин	Варианты мелющих тел
	М.Т. D 61	М.Т. D 52	М.Т. D 43	Шары	Стержни
15	0,654	0,672	0,528	0,82	0,983
30	0,74	0,758	0,834	0,635	1,231
45	0,778	0,816	0,942	1,16	1,566
60	0,77	0,856	0,968	1,198	1,6
Средний выход	0,735	0,775	0,818	0,953	1,345
Доверительный интервал среднего значения	0,73±0,06	0,77±0,08	0,82±0,2	0,95±0,27	1,35±0,3
Примечание. М.Т. – массивные мелющие тела различных диаметров D - 61, 52, 43 мм.

В результате проведенных опытов было установлено, что время измельчения, форма и размеры измельчающих тел влияют на выход готового продукта -0,074. Отмечено также преимущество метода измельчения массивным мелющим телом по сравнению со стандартными для шаровой и стержневой загрузок в том, что исключается непроизводительная зона в рабочем пространстве барабана.

По данному способу измельчения была подана заявка на патент №2007117080 от 07.05.2007 г., в которой показаны преимущества и отличия измельчения сплошным мелющим телом.

В четвертой главе проведена опытно-промышленная апробация моделей энергоемкости и изнашивания (выхода) шаровой загрузки в мельнице МШЦ – 5500х6500, в результате которой подтверждены теоретические зависимости ресурсозатратных параметров от массы шаровой загрузки и соотношения ее объемов с каскадным и водопадным перемещениями шаров. Установлено, что расхождение теоретических и опытных значений параметров не превышает 6-10 % (рис.4).

Полученные в результате проведенных исследований зависимости (см. рис. 4. а, б) показали, что при шаровых загрузках 228 и 256 т, а также при увеличении производительности на 5 т/ч содержание класса -0,08 мм в готовых сливах гидроциклонов снижается на 15 %, при шаровой 270 т это уменьшение составляет 0,8 %, а при 242 т снижается на 0,5 %. При переработке 290 т/ч и массах шаровой загрузки 270, 256, 242 и 228 т содержание класса +0,2 мм в сливах гидроциклонов соответственно составило 7,5 %; 8,0 %; 8,5 % и 8,9 % (см. рис. 4, а).

а б

в г

- 1, - 2, - 3, - 4

Рис. 4. Зависимость энергозатрат, износа шаров и качества переработки руды от массы шаровой загрузки: а - зависимость содержания класса +0,2 мм в сливе от переработки; б - зависимость содержания класса -0,08 мм в сливе гидроциклонов

от переработки; в - зависимость расхода электроэнергии от переработки; г - зависимость расхода электроэнергии от шаровой загрузки: 1 - шаровая загрузка 270 т; 2 – 256 т; 3 – 242 т; 4 – 228 т.

На каждом этапе испытаний путем опробования определяли номинальную крупность дробленой руды, плотностные и ситовые характеристики продуктов измельчения, удельный расход шаров, рассчитывали схемы измельчения и удельную производительность мельницы по вновь образованному классу -0,08 мм, фиксировали энергетические характеристики работы мельницы (табл. 5, 6).

Таблица 5

Технологические показатели и результаты опробования

мельницы МШЦ 5500х6500

Кол-во опробований, шт	Производительность мельницы, %	Циркулирующая нагрузка, %	Удельный расход шаров, кг/тн	Шаровая загрузка, тн	Номинальная крупность сырья, мм	Ситовые характеристики мм, %				Содержание твердого в продуктах, %
						разгрузка	слив	пески - 500	пески	разгрузка	слив	пески - 500	пески
8	296	272	1,0	228	15,0					67	31	54	77
8	296	272	0,9	242	14,9					70	31	56	79
10	297	272	0,9	256	14,9					69	31	56	78
8	304	278	0,9	270	13,8					63	31	56	77

Также следует отметить, что с увеличением шаровой загрузки энергопотребление мельницы возрастает до определенного момента, а затем начинает снижаться (см. рис. 4, в), а удельный расход шаров с уменьшением шаровой загрузки с 270 до 228 т увеличивается на 10 % (см. рис. 4, г), но не превышает запланированной (нормативной) величины (1,18 кг/т).

Таблица 6

Влияние массы шаровой загрузки на производительность и энергозатраты при измельчении

Масса шаровой загрузки, тн	Производительность		Энергозатраты
	Среднее значение, тн/час	Среднее квадрати- ческое отклоне- ние, тн/ч	Потребляемая полезная мощность, кВт	Среднее значение, кВт*ч/тн	Среднее квадрати- ческое отклоне- ние, кВт*ч/тн	Удекльная энергоемкость шаровой загрузки, кВт/тн шаров
228	300,3	9,3	3223,4	44,8	10,7	14,1
242	294,0	5,3	3396	41,5	11,5	14,0
256	294,1	4,2	3434	41,5	11,6	13,4
270	301,3	3,8	3411	47,7	11,3	12,6

Проведенными исследованиями подтверждена зависимость содержания класса +0,2 мм в сливах гидроциклонов от производительности мельницы и объема шаровой загрузки, а также показано влияние последнего на энергозатраты при измельчении и удельный расход шаров.

Разработана методика статистического регулирования и идентификации качества изготовления и применения мелющих шаров, внедрена в условиях их серийного производства КОО «Ораметалл» и в производственном цикле рудоподготовки обогатительной фабрики КОО «Предприятие Эрдэнэт». В результате промышленной апробации решен комплекс типовых задач статистического контроля и регулирования качества мелющих шаров:

определение адекватности статистических моделей распределения вероятности значений качества шаров по выборочным значениям контролируемых параметров;

оценка точности и воспроизводимости качества шаров;

идентификация доверительных границ допусков и

приемочных (браковочных) критериев качества;

контроль годности и соответствия качества выборки шаров количественным критериям технических условий;

прогнозирование статистической надежности и воспроизводимости качества планируемых объемов производства и поставки шаров;

корректировка технологии изготовления шаров в соответствии с действующим ГОСТ 7524-89, а также для защиты интеллектуальной собственности по патенту автора;

разработка 12 планов контроля для различных уровней суммарной выходной дефектности шаров по контролируемым признакам качества и определение соответствующих приемочных и браковочных чисел шаров.

Статистическими исследованиями по данным выборки в количестве 320 шаров установлено, что распределение значений показателей качества выборки достаточно надежно аппроксимируется нормальным законом, на основе которого определяются доверительные границы допусков на параметры качества (Тн, Тв) и интервалы дефектности q1, q2 по предложенной модели:

, (3)

где Ф(u) – табличная функция Лапласа; Х – среднее значение показателя качества выборки; q1 и q2 – уровни дефектности выборки вне границ допуска (Тн, Тв).

Вариация качества полностью определяется вариациями выборочного среднего [Х] в пределах доверительного интервала, а среднее квадратическое отклонение выборки остается постоянным при настроенном техпроцессе. Поэтому требование к качеству всей партии 3200 шаров [q1]q1, [q2] q2 определено из уравнения:

, (4)

На основании установленных показателей точности и воспроизводимости количественных показателей шаров, вероятностной оценки полей допуска по этим показателям и рисков производителя и потребителя шаров дана оценка условий сокращения энергозатрат расхода шаров, затрат на контроль их качества и потерь, связанных с риском браковки кондиционных и приемки некондиционных шаров.

В качестве показателя точности и воспроизводимости количественных характеристик химического состава и твёрдости HRC и HB шаров может быть применён коэффициент их точности и индекс смещения центра рассеяния значений параметров качества:

, , (5)

где - действительное среднее значение параметра по техническим условиям,

- номинальное среднее значение параметра по техническим условиям,

H - поле допуска параметра по ТУ или ГОСТ.

Рассчитан углеродный эквивалент износостойкого сплава производства КОО «Ораметалл» для комплексной оценки влияния каждого легирующего элемента на оптимальное сочетание необходимых свойств износостойкости и ударостойкости, а также для идентификации вероятности приёмки и границ

(Тн, Тв) поля допуска по углеродному эквиваленту Сэ (рис. 5).

а б

Рис. 5. Статистические характеристики по углеродному эквиваленту Сэ:

а - идентификация вероятности приемки, границ (Тн, Тв) поля допуска; б - распределение плотности вероятности углеродного эквивалента

Назначение оценочных критериев приёмки и браковки качества шаров рассматривается в широком диапазоне требований изготовителя и потребителя, поэтому более детально они рассмотрены в разработанном с участием автора стандарте предприятия КОО «Предприятие Эрдэнэт» на мелющие тела БСТ – 01352-9019008085-12:2007.

На основании отработки методов статистического металловедения и регулирования качества шаров в промышленных условиях автором получен патент MN 1494 «Сплав для изготовления износостойких литых шаров и способ его получения».

Экономический эффект от применения в условиях КОО «Предприятие Эрдэнэт» шаров повышенной износостойкости производства КОО «Ораметалл» составляет 0,17 $ на одну тонну переработанной руды, который получен в результате применения 3000 т шаров и измельчения 3,12 млн т руды, установлен также ресурсосберегающий эффект от применения научно обоснованных масс и составов шаровой загрузки без снижения качества продукта в замкнутом технологическом комплексе измельчения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, дано новое решение актуальной научно-практической задачи исследования параметров контактного взаимодействия элементов среды загрузки барабана шаровой мельницы, позволяющих повысить эффективность процесса измельчения рудных материалов на основе формирования состава и свойств измельчающей среды в соответствии с динамикой изнашивания и изменением энергоемкости процесса измельчения.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. В условиях значительной инвариантности параметров процесса измельчения применяемые модели и методы детерминированного описания изменения его интенсивности не позволяют поддерживать или восстанавливать свойства измельчающей среды в соответствии с предельно допустимыми параметрами качества измельчающей среды и готового продукта.

2. Обоснована возможность формирования состава и содержания легирующих элементов измельчающих шаров для условий смешанного режима измельчения с учетом содержания легирующих элементов материала шаров по углеродному эквиваленту.

3. В установленных граничных условиях измельчения разработана математическая модель изменения энергоемкости и износа (выхода) шаровой загрузки с учетом динамики движения шаровой загрузки в объеме рабочей камеры и во времени протекания процесса.

4. Проведен численный эксперимент по определению показателей энергоемкости, циклической нагруженности и износа измельчающей среды, позволяющие прогнозировать моменты критического изменения состава, массы шаровой загрузки и периодичности восстановления ее свойств для обеспечения ресурсосберегающих параметров работы мельницы.

5. Экспериментально определено на кольцевых образцах материала шаров, изготовленных методами литья в кокиль и поперечно-винтовой прокатки (по ГОСТ 7524-89), износостойкость материала литых шаров повысилась на 116 % в начальный (приработочный) период и на 17 % - в период установившегося износа по сравнению с материалом катаных шаров по ГОСТ. По результатам экспериментальных исследований получена статистическая модель распределения износа испытанных образцов, установлена зависимость абсолютного износа и интенсивности изнашивания материалов образцов от пути трения, дан прогноз износа шаров в барабане мельницы.

6. Выполнено экспериментальное моделирование в лабораторной мельнице интенсивности процесса измельчения рудных материалов для трех вариантов измельчающих тел: шаров, стержней и массивных мелющих тел диаметрами 61, 52, 43 мм соответственно. Получены физические модели измельчения, обладающие рядом статистических характеристик, отражающих преимущества последнего варианта измельчающих тел в более высоких показателях ресурсосбережения без снижения производительности мельницы и качества готового продукта с высокой вероятностью их значений в установленных пределах технологического регламента. Результаты этих экспериментов создают предпосылки для модернизации конструкций барабана мельницы.

7. Разработана и апробирована в промышленных условиях методика статистического регулирования качества изготовления измельчающих шаров, освоение которой позволило:

- обосновать требования к качеству шаров и ресурсосберегающим параметрам работы мельниц в вероятностном аспекте;

- определить для 10 возможных планов статистического контроля качества шаров приемочные и браковочные числа выборок из серийной партии шаров, а также риски приемки дефектных и браковки кондиционных образцов;

- на основании вероятностной оценки предельных отклонений содержания легирующих элементов и свойств материала разработан новый химический состав материала шаров, который защищен патентом Монголии №1494 «Сплав для изготовления износостойких литых шаров и способ его получения»;

- экономический эффект от применения в условиях КОО «Предприятие Эрдэнэт» шаров повышенной износостойкости производства КОО «Ораметалл» составляет 0,17 $ на одну тонну переработанной руды, который получен в результате применения 3000 т шаров и измельчения 3,12 млн т руды.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах,

входящих в Перечень ВАК

1. Сосорбарамын Бат-Эрдэнэ, Боярских Г.А. Моделирование энергосберегающих режимов шаровой загрузки мельниц МШЦ 5,5х6,5 в заданных условиях рудоподготовки// Горное оборудование и электромеханика. 2007. №5. С. 32-40.

Работы опубликованные в других изданиях

2. Патент № 1494 (Монголия) Сплав для изготовления износостойких литых шаров и способ его получения Сосорбарамын Бат-Эрдэнэ. Положительное решение по заявке на изобретение № 1969 по приказу №26 от 5 марта 2007 г.

3. Сосорбарамын Бат-Эрдэнэ, Боярских Г.А., Боярских И.Г. Статистическое регулирование и идентификация качества изготовления мелющих шаров // Изв. УГГУ. Вып.23. Екатеринбург, 2008. С. 36-52.

4. Сосорбарамын Бат-Эрдэнэ, Боярских Г.А. Определение оптимальной шаровой загрузки мельниц МШЦ 5,56,5 в заданных технологических условиях измельчения // Материалы Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья»: Екатеринбург. 2006, С. 301-309.

5. Сосорбарамын Бат-Эрдэнэ. Возможности оптимизации массы шаровой загрузки мельниц МШЦ 5,56,5 в процессе изнашивания мелющих тел // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докладов 4-й Международной конференции Екатеринбург: УГГУ, 2006, С.89-92.

6. Сосорбарамын Бат-Эрдэнэ, Боярских Г.А., Боярских И.Г. Возможности статистического моделирования и идентификации качества изготовления мелющих шаров // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы Международной конференции. Екатеринбург, 2007. С. 275-284.

7. Боярских Г.А., Сосорбарамын Бат-Эрдэнэ, Паньков С.А. Моделирование ресурсосберегающих условий работы мельницы МШЦ 5,56,5 в условиях изнашивания шаровой загрузки // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: мтериалы Международной научно-технической конференции - Екатеринбург, 2008. С. 299-304.

8. Сосорбарамын Бат-Эрдэнэ, Паньков С.А., Боярских Г.А. Оптимизация энергозатрат и расхода измельчающей среды в шаровых мельницах МШЦ 5500х6500 // Международный научно-промышленный симпозиум «Уральская школа - регионам». Екатеринбург: УГГУ, 2009. С. 136-138.

Подписано в печать 2010. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ№

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства Уральского государственного горного университета

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30