Усовершенствованная конструкция струйной противоточной мельницы для горнорудной промышленности

Рассмотрена принципиальная схема струйной противоточной мельницы, используемой на предприятиях горной промышленности и работающей по замкнутому циклу измельчения для обогащения полезных ископаемых, и пути повышения экономической эффективности процесса измельчения. Для разработки математической модели аэродинамического процесса, протекающего в разгонной трубке, был использован цифровой двойник блока помола усовершенствованной конструкции струйной противоточной мельницы, разработанный в CAD/CAM/CAE-системе NX. Усовершенствованная конструкция струйной противоточной мельницы направлена на повышение удельной поверхности и снижение удельных энергозатрат за счет создания повышенной концентрации материала в ограниченном объеме. При движении энергоносителя с частицами рудного материала происходит сужение основного потока и материал приобретает дополнительное ускорение, а также исключается расширение двухфазного потока в виде факела. На основе сформулированных академиком Л. И. Седовым законов сохранения энергии были выведены формулы, позволяющие рассчитать траекторию движения частицы в камере помола струйной противоточной мельницы и определить характеристики аэродинамического процесса, такие как скорость частицы и энергоносителя, давление и плотность. Полученные выражения позволяют подобрать рациональные режимы работы струйной мельницы, используемой для измельчения и обогащения полезных ископаемых.

Анциферов С. И., Булгаков С. Б., Карачевцева А. В., Тимашев М. В. Усовершенствованная конструкция струйной противоточной мельницы для горнорудной промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12–2. — С. 5—16. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_5.

Работа выполнена в рамках реализации федеральной программы поддержки университетов «Приоритет 2030» с использованием оборудования на базе Центра высоких технологий БГТУ им. В. Г. Шухова.

Анциферов Сергей Игоревич — кандидат технических наук, доцент кафедры «Механическое оборудование», http://orcid.org/0000-0002-4210-3185, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова (БГТУ им. В. Г. Шухова),308012, Белгород, улица Костюкова, д. 46, Россия, e-mail: anciferov.sergey@ gmail.com;
Булгаков Сергей Борисович — кандидат технических наук, доцент кафедры «Механическое оборудование», директор института организации и управления набором», http://orcid.org/0000-0002-8656-8443, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова (БГТУ им. В. Г. Шухова) 308012, Белгород, улица Костюкова, д. 46, Россия, e-mail: bulgakov_s_b@mail.ru;
Карачевцева Анастасия Владимировна — аспирант кафедры «Механическое оборудование», http://orcid.org/0000-0002-8656-8443, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова (БГТУ им. В. Г. Шухова) 308012, Белгород, улица Костюкова, д. 46, Россия, e-mail: karachevtseva.anastasiia@gmail.com;
Тимашев Максим Викторович — аспирант кафедры «Механическое оборудование», начальник учебной части, заместитель начальника военного учебного центра при БГТУ им. В. Г. Шухова, http://orcid.org/0000-0002-3486-0733, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова (БГТУ им. В. Г. Шухова) 308012, Белгород, улица Костюкова, д. 46, Россия, e-mail: tmv1975@mail.ru;

Анциферов Сергей Игоревич, e-mail: anciferov.sergey@gmail.com. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

1. Benedikt K., Christian S., Stefan R., Alfred P. Weber Karl-Ernst W. Classifier performance during dynamic fine grinding in fluidized bed opposed jet mills // Advanced Powder Technology. 2019, vol. 30, iss. 8, pp. 1678–1686. DOI: 10.1016/j.apt.2019.05.018.

2. Дмитриенко В. Г., Шеметов Е. Г., Шеметова О. М. Исследование поведения частиц в камере помола торообразной формы струйной мельницы // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2021. — № 8. — С. 232–238. DOI: 10.24412/2071_6168_2021_ 8_232_238.

3. Hong Woon Lee, Sinae Song, Hee Taik Kim. Improvement of pulverization efficiency for micro-sized particles grinding by uncooled high-temperature air jet mill using a computational simulation // Chemical Engineering Science. 2019, vol. 207 (3), pp. 1140–1147. DOI: 10.1016/j.ces.2019.07.025.

4. Köninger B., Hensler, T., Romeis, S., Peukert, W., Wirth, K.-E. Dynamics of fine grinding in a fluidized bed opposed jet mill // Powder Technology. 2018, vol. 327, pp. 346–357. DOI: 10.1016/j.powtec.2017.12.084.

5. Strobel A., Köninger B., Romeis S., Schott F., Wirth K.-E., Peukert W. Assessing stress conditions and impact velocities in fluidized bed opposed jet mills // Particuology. 2020, vol. 53, pp. 12–22. DOI: 10.1016/j.partic.2020.02.006.

6. Rodnianski V., Levy A., Kalman H. A new method for simulation of comminution process in jet mills // Powder Technology. 2019, vol. 343, iss. 2, pp. 867–879. DOI: 10.1016/j. powtec.2018.11.021.

7. Scott L., Borissova A., Burns A., Ghadiri M. Effect of grinding nozzles pressure on particle and fluid flow patterns in a spiral jet mill // Powder Technology. 2021, vol 30, pp. 439–447. DOI: 10.1016/j.powtec.2021.07.090.

8. Protonotariou S., Ritzoulis С., Mandala I. Jet milling conditions impact on wheat flour particle size // Journal of Food Engineering. April 2021, vol. 294,110418, pp.1–7. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2020.110418.

9. Bnà S., Ponzini R., Cestari M., Cavazzoni C., Cottini C., Benassi A. Investigation of particle dynamics and classification mechanism in a spiral jet mill through computational fluid dynamics and discrete element methods // Powder Technology. 2020, vol. 364, pp. 746–773. DOI: 10.1016/j.powtec.2020.02.029.

10. Strobel A., Köninger B., Romeis S., Schott F., Wirth K.-E., Peukert W. Assessing stress conditions and impact velocities in fluidized bed opposed jet mills // Particuology. 2020, vol. 53, pp. 12–22. DOI: 10.1016/j.partic.2020.02.006.

11. Постникова И. В., Блиничев В. Н. Струйные мельницы // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. — 2015. — № 2 (42). — С. 144–151.

12. Batista J. N. M., Santos D. A., Béttega R. Determination of the physical and interaction properties of sorghum grains: Application to computational fluid dynamics–discrete element method simulation of the fluid dynamics of a conical spouted bed // Particuology. 2021, vol. 54, pp. 91–101. DOI: 10.1016/j.partic.2020.04.005.

13. Бараковских Д. С., Шишкин С. Ф. Движение двухфазного потока в разгонной трубке струйной мельницы // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2017. — № 5. — С. 82–88. DOI: 10.12737/article_590878fb0c7798.56722718.

14. Блиничев В. Н., Постникова И. В., Воробьев С. В., Колобов М. Ю., Зуева Г. А. Интенсификация процесса разрушения поликомпонентных материалов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. — 2022. — № 1. — С. 109–115. DOI: 10.6060/ ivkkt.20226501.6357.

15. Бутко А. О., Кузнецов П. М., Хорошко Л. Л. Организация цифрового двойника процессов восстановления дробильно-измельчительного оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 8. — С. 130–144. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-8-0−130−144.

16. Zakoldaev D. A., Korobeynikov A. G., Shukalov A. V., Zharinov I. O. Digital forms of describing Industry 4.0 objects // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2019, vol. 656 (1), pp. 1–6. DOI:10.1088/1757−899X/656/1/012057.

17. Zakoldaev D. A., Shukalov A. V., Zharinov I. O., Zharinov O. O. Designing technologies for the interaction of cyber-physical systems in smart factories of the Industry 4.0 // Journal of Physics Conference Series. 2020, vol. 1515 (2), pp. 1–6. DOI:10.1088/1742−6596/1515/2/022008.

18. Zakoldaev D. A., Shukalov A. V., Zharinov I. O., Zharinov O. O. Realization of project procedures in the item designing companies of the Industry 3.0 and Industry 4.0 // Journal of Physics: Conference Series. 2019, vol. 1333 (7), pp. 1–6. DOI:10.1088/1742−6596/133 3/7/072030.

19. Romanovich A., Enayatullahian Amini, Apukhtina I., Pahomov E. The grinding clinker pressure process study // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2019, vol. 698 (6), pp. 1–5. DOI:10.1088/1757−899X/698/6/066038.

20. Винокуров В. Р. Применение мельницы сухого многократного ударного действия при измельчении золотосодержащих руд месторождения «Малый Тарын» // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 12-1. — С. 48–58. DOI:10.2 5018/0236_1493_2021_121_0_48.