Одним из основных показателей эффективности работы измельчающего оборудования является содержание в готовых продуктах примесей, образующихся в процессе намола (износа рабочих органов мельниц) [1]. Удельные (на единицу массы измельчаемого материала) затраты металла в результате износа мелющих тел в стоимостном выражении сопоставимы, а зачастую и превосходят удельные затраты энергии на процесс диспергирования материалов. В этой связи их необходимо учитывать в расходах на технологический процесс переработки продукции. В стоимостном выражении удельные затраты металла и энергии на измельчение пропорциональны. В процессе измельчения износ инструмента – мелющих тел и показатель работы мельницы – дисперсность измельчаемого материала связаны корреляционно.
Условия возникновения и развития эффекта намола выявлены в результате исследований механизма формирования предельных деформаций в микрообъемах поверхностного слоя размольных элементов при их силовом взаимодействии с частицами обрабатываемого продукта [2].
На основании решения контактных задач теории упругости [3, 4] получены следующие критерии прогнозирования эффекта намола:
– критерий перехода от упругой деформации к пластической (hв – глубина внедрения частицы в деформируемый материал размольных элементов; rч – радиус частицы);
– критерий перехода от пластической деформации к микрорезанию.
Выявлено, что степень намола зависит, прежде всего, от энергонапряжённости силового контакта в системе «рабочий орган – обрабатываемый материал», а также механических свойств контактирующих тел: условного напряжения (σn) при разрушении частиц перерабатываемого продукта и твёрдости материала (HB) размольных органов мельницы.
При выполнении неравенства:
(1)
наблюдается усталостное изнашивание размольных органов аппарата.
При выполнении условии:
(2)
частица обрабатываемого продукта создает до момента ее разрушения в материале поверхностного слоя размольных элементов только упругие деформации, что снижает вероятность возникновения и развития процесса намола в рабочих объемах обработки продуктов.
При протекании процесса измельчения в условиях:
, (3)
частицы измельчаемого продукта разрушаются раньше, чем достигают глубины внедрения, необходимой для прямого разрушения поверхности мелющих тел. Но при этом они создают условия для развития в микрообъемах поверхностного слоя материала размольных органов пластических деформаций, сопутствующих процессу усталостного изнашивания этого слоя в результате многократных силовых воздействий твердых частиц.
Введение критериев прогнозирования позволяет оценить характер преобладающих деформаций и выявить режимы работы измельчающего оборудования при их проектировании без сопутствующего процесса намола [1, 2].
Правомерность использования критериев прогнозирования подтверждена результатами экспериментальных исследований процесса диспергирования продуктов различного целевого назначения на электромагнитном механоактиваторе ЭММА [1, 2]. Анализ эффекта намола рабочих органов ЭММА проведен способом диагностики загрязненности технологических сред с использованием электромагнитного плотномера (ЭПЛ) [1, 5]. Принцип действия ЭПЛ основан на нетрадиционном электромагнитном способе формирования сцепляющего усилия в слое ферромагнитных микропримесей в постоянном по знаку и регулируемом по величине электромагнитном поле рабочего объема устройства [1].
Принципиальные отличия ЭПЛ от отечественных и зарубежных аналогов:
– оперативный и непрерывный качественный экспресс анализ степени загрязненности технологических сред микропримесями металла;
– анализ технологической среды любой загрязненности;
– для проведения анализа не используются расходные материалы (фильтровальные материалы, реагенты и др.), исключается необходимость их утилизации;
– простота обслуживания, высокая надежность и степень автоматизации;
– сравнительно небольшой срок окупаемости – не более одного года.
На основании исследований разработан универсальный стенд для комплексного прогнозирования и исследования эффекта намола проектируемого и эксплуатируемого измельчающего оборудования, а также для проведения экспресс анализа загрязненности технологических сред (смазочно-охлаждающих жидкостей, моторных масел и др.) в процессе их эксплуатации [6].