Исследования зависимости гранулометрического состава материалов от энергии нагружения

 Для моделирования и математического описания процесса изменения дисперсного состава материалов в шаровых мельницах необходимо определение гранулометрических характеристик материалов (вероятность разрушения, распределительная функция размеров частиц после разрушения и т.д.) при динамических нагружениях [1,2]. Для этой цели нами был использован вертикальный копер с различным набором массы и высоты сбрасывания бойка, что позволяло варьировать в широком диапазоне величину энергии удара. Образцы неправильной формы с размерами, находящимися в пределах узких фракций, устанавливались на плоский столик с концентрическими окружностями, кото-рые облегчали быструю установку образцов по центру. В качестве испытуемых были выбраны материалы, имеющие различную кристаллическую структуру. Ниже приведены результаты экспериментальных исследований с NаСl (ионно-кристаллическая решетка) и СаСО₃  (островная структура кристалла).        Разрушаемые на вертикальном копре частицы фракций: (2,0-2,5); (2,5-3,0); (3,0-5,0); (5-7,0)мм после ударного нагружения взвешивались и рассевались на стандартных ситах с целью определения гранулометрического состава. На рисунке 1 представлена одна из интегральных величин распределения частиц после каждой серии экспериментов, из которого видно, что с увеличением скорости движения бойка содержание тонких фракций возрастает, несмотря на то, что вероятность разрушения была равна 100%. Такая закономерность характерна как для NаСl, так и для СаСО₃. Анализ гранулометрического состава продуктов разрушения крупных и мелких фракций частиц показывает (рисунок 2), что с одной стороны, мелкие частицы имеют более высокую динамическую прочность, а с другой стороны, гранулометрический состав продуктов разрушения их во много раз тоньше, чем у более крупных частиц.  Наиболее интересная картина наблюдается при постоянном значении кинетической энергии удара (Е=const). Методика экспериментов заключалась в том, что масса бойка (М) и высота его сбрасывания (h) подбирались таким образом, чтобы кинетическая энергия удара оставалось постоянной. В ходе проведения экспериментов было установлено, что вероятность разрушения не зависит от массы бойка, но на изменение гранулометрического состава продуктов разрушения частиц масса бойка оказывает заметное влияние. При сохранении равенства энергии удара, бойки с большей массой разрушают частицы с более тонким гранулометрическим составом.

Рис. 1. Зависимость гранулометрического состав при разрушении частиц  фракций  = 2,5...3,0 мм и различных скоростях удара (W) при массе бойка  5 г:

1 – W= 3,43 м/с ;  2 – W= 3,70 м/с; 3 – W=3,20 м/с; 4 - W=4,43 м/с

Рис. 2. Зависимость гранулометрического состава от энергии падающего бойка  для частиц  = 2,0...2,5мм: 1 – E = 25∙10^-3кгм; 2 – E = 75∙10^-3кгм;

3 – E = 150∙10^-3кгм ; 4 – E = 200∙10^-3кгм

Литература:

1. Гундоров  И.М.,  Гельперин  Н.И.  Определение энергии, затрачиваемой на измельчение частиц твердых эпоксидных композиций // Химическое и нефтяное машиностроение. -1974.- №6.- С.17-19.
2. Сариев А.А. Экспериментальное исследование изменения гранулометрического состава дисперсного материала при многократных нагружениях // Химия и хим. технология. – 2003.– Т.46, №5. -С. 162-163.