 |  | |
 УДК 504.054:628.4.08 Прессование каменоугольных фусов
Синенко Д.Э., магистрант Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Научный руководитель: Калинихин О.Н., доцент Донецкий национальный технический университет
Представлены результаты стендовых испытаний прессования штампов с каменноугольными фусами, перспективного связующего в технологии производства вторичного топлива на основе компонентов твёрдых бытовых отходов и отходов коксохимических заводов
Получение вторичного топлива Refuse Derived Fuel (RDF) из отдельных компонентов твёрдых бытовых отходов (ТБО) является одним из основных направлений их утилизации [1]. Перспективным в свете исследований, проведенных авторами, выглядит производство вторичного топлива на основе ТБО с использованием отдельных видов отходов коксохимических заводов (КХЗ), в частности, каменноугольных фусов, способных выступать не только в качестве теплотворной добавки, но и в качестве эффективного связующего компонента. Данные, полученные авторами [2], показали, что ведение в состав смеси каменноугольных фусов решает проблему, связанную с высокой сезонной влажностью ТБО, понижая общую влажность отходов. Анализ наиболее важного показателя, характеризующего энергетическую ценность полученных смесей, теплоты их сгорания, позволяет предположить, что введение отходов КХЗ позволит уменьшить расход природного газа, необходимого для сжигания ТБО. Важным этапом процесса совместной переработки отходов является совместное прессование каменноугольных фусов с ТБО. Трудности подбора оборудования для данной технологической операции напрямую связаны с характерными особенностями состава и свойств каменноугольных фусов. В свете специфичности свойств каменноугольных фусов целесообразным выглядит выбор штемпельного пресса в качестве основного устройства для их прессования, что обосновывается его способностью по своему назначению прессовать как сыпучие и кусковые материалы, так и вязкопластичные смеси. При некоторых условиях (низкая положительная температура, высокая плотность каменноугольных фусов и др.) данный тип оборудования не может быть применён из-за высоких производственных нагрузок. Поэтому возникает необходимость исследования механических свойств каменноугольных фусов и взаимодействия с ними рабочих органов штемпельного пресса. Цель данной работы – выявить специфику взаимодействия каменноугольных фусов с рабочим органом штемпельного пресса, связанную с наличием в их составе смолистых веществ. Каменноугольные фусы являются одним из основных вторичных продуктов, получаемых при охлаждении и очистке коксового газа. Общее содержание в фусах твёрдой фазы составляет 40-50 % на безводную массу, остальное количество представляет собой каменноугольную смолу. Содержание углерода в каменноугольных фусах составляет 60-55 % масс., выход летучих - 50-40 % масс., высшая удельная теплота сгорания - 30-35 МДж/кг. Фракционный состав твёрдой фазы фусов не постоянен и изменяется в зависимости от интенсивности пароинжекции на коксовых печах и других условий. Для исследования процесса прессования штампов использовались каменноугольные фусы Рутченковского коксохимического отделения ОАО «Донецккокс» с содержанием каменноугольной смолы 60 % масс. Анализ литературных данных показал, что исследования процесса прессования транспортируемого материала наиболее целесообразно проводить в специальных стендовых условиях [4,5]. При этом подобный эксперимент имеет ряд преимуществ перед непосредственным испытанием на шнековом транспортёре и позволяет выявить физическую картину взаимодействия рабочего органа аппарата с каменноугольными фусами. Для исследования процесса погружения штампов в массив каменноугольных фусов был создан стенд (рис. 1), состоящий из жесткой рамы с металлической емкостью, одна стенка которой была выполнена из прозрачного материала, гидропривода и регистрирующей аппаратуры.
1 - гидроцилиндр; 2 - тензометрическая пластина; 3 - штамп; 4 - рама; 5 - форма с каменноугольными фусами; 6 - маслостанина; 7 - тензоусилитель; 8 - осциллограф Рис. 1 - Схема стенда для прессования штампов в материалы
На жесткой раме устанавливался гидроцилиндр, на штоке которого закрепляли тензометрическую пластину и сменные штампы различной конфигурации. Скорость перемещения штока гидроцилиндра бесступенчато регулировали в диапазоне от 0 до 0,2 м/с. Исследуемые образцы помещали в металлическую ёмкость и уплотняли. Для исключения адгезии с прозрачной стенкой ее предварительно обрабатывали известковым молоком и высушивали. Известь, взаимодействуя с каменноугольными фусами, предохраняет прозрачную стенку от прямого контакта, что позволяет регистрировать перемещения различных слоев каменноугольных фусов. Аналогичные исследования были выполнены с антрацитовым штыбом с целью выявления специфики влияния каменноугольной смолы, присутствующей в каменноугольных фусах. Число ударов динамического плотномера для антрацитового штыба и каменноугольных фусов составляло десять ударов в минуту. Экспериментальные исследования были выполнены при температуре 25 °C. Результаты проведенных испытаний показали, что зависимость изменения усилия по мере погружения штампа для каждого исследованного мате-риала имеет различный характер (рис.2).
1 - каменноугольные фусы; 2 - антрацитовый штыб Рис. 2 - Зависимость усилия прессования от глубины погружения штампа
При прессовании антрацитового штыба наблюдается скачкообразный, пульсирующий характер прироста усилия. Полученная зависимость, аналогична зависимостям, полученным Д.И. Фёдоровым [6] для мелких фракций углей, что подтверждает правомерность выбранной методики. Характер изменения возникающих усилий при внедрении штампа в каменноугольные фусы показывает снижение приращения усилия, что объясняется высокой пластичностью каменноугольных фусов. Дальнейшее погружение штампа характеризуется участком графика, для которого резко увеличивается усилие прессования. Это объясняется, по-видимому, тем, что в процессе движения штампа нижняя его часть, находящаяся в зоне наибольших напряжений, обволакивается слоем каменноугольных фусов и трение происходит не по границе раздела сталь – каменноугольные фусы, а по поверхности каменноугольные фусы - каменноугольные фусы. Известно, что коэффициент трения скольжения при перемещении смолистых веществ по смолистым веществам почти в десять раз выше коэффициента трения при трении стали по смолистым веществам. Прозрачная стенка металлической емкости позволила наблюдать процессы, происходящие в материалах при движении в них штампа. На первой стадии, соответствующей участку АВ кривой (рис. 2), происходит уплотнение каменноугольных фусов с образованием на их поверхности углубления по периметру штампа. При дальнейшем погружении штампа (участок ВС) частицы каменноугольных фусов движутся по характерным поверхностям скольжения. Некоторая часть каменноугольных фусов перемещается в направлении движения штампа, что приводит к уплотнению слоев более глубокого залегания. Другая же часть движется от штампа в сторону, совершая как бы круговое движение относительно центра, расположенного на некотором расстоянии от штампа, и стремится к открытой поверхности каменноугольных фусов, образуя на ней выпор. На величину усилия прессования штампа влияет его ширина (рис. 3).
1 - каменноугольные фусы; 2 - антрацитовый штыб Рис. 3 - Зависимость усилия прессования от ширины штампа
На величину усилия прессования штампа влияет его угол заострения. При уменьшении угла заострения уменьшаются размеры уплотненного ядра и при некоторых его значениях оно полностью исчезает. Однако характер влияния угла заострения на величину усилия проявляется по-разному. Для антрацитового штыба наиболее существенно снижается усилие при уменьшении угла заострения от 120 до 90°. Для каменноугольных фусов угол заострения при вершине ядра уплотнения для этих материалов составляет менее 30°. По-видимому, при малых углах заострения, хотя и уменьшается усилие прессования, но не происходит его стабилизации (рис. 4).
1 - каменноугольные фусы; 2 - антрацитовый штыб Рис. 4 - Зависимость усилия прессования от угла заострения штампа
По результатам проведения экспериментальных исследований процесса штемпельного прессования каменноугольных фусов были установлены его следующие характерные особенности: 1) Взаимодействие штампа со средой каменноугольных фусов приводит к образованию уплотненного ядра материала. Угол при вершине уплотненного ядра меньше 30°. После образования ядра наблюдается прогрессирующее течение каменно-угольных фусов, существенно снижающее приращение усилия прессования; 2) При движении штампа в среде каменноугольных фусов некоторая часть материала (сменяемая часть уплотненного ядра) перемещается перед штампом, уплотняя нижележащие слои. Другая часть движется в сторону от штампа, совершая круговое движение вокруг мгновенного центра вращения, и стремится к поверхности каменноугольных фусов, образуя на ней выпор. Мгновенный центр вращения перемещается вниз одновременно со штампом; 3) При взаимодействии динамического плотно-мера с каменноугольными фусами наблюдается аномальное нарушение характера взаимодействия со средой. Дальнейшим перспективным направлением исследований следует считать комплекс натурных экспериментов, связанных с уточнением диапазонов коэффициентов наполнения и производительности штемпельных прессов, предназначенных для перемещения каменноугольных фусов.
Библиографический список 1. Вайсман Я.И. Ретроспективный анализ и перспективы развития термических методов обезвреживания и утилизации термических методов обезвреживания и утилизации твёрдых бытовых отходов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. – 2015. – № 1. – С. 6–23. – DOI: 10.15593/240985125/2015.01.01 2. Калинихин О.Н., Синенко Д.Э. Определение эффективного связующего топливной композиции на основе компонентов твердых бытовых отходов и отходов коксохимических заводов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. – 2018. – № 2. – С. 33 – 46. – DOI: 10.15593/2409-5125/2018.02.03 3. Крохин В.Н. Брикетирование углей. [Справочник] / В.Н. Крохин – М.: Недра, 1974. – 213 с. 5. Василенко М.Н. Брикетирование твёрдых топлив. [Справочник] / Василенко М.Н. – М.: Недра, 1987. – 230 с. 6. Фёдоров Д.И. Рабочие органы транспортных машин. / Фёдоров Д.И. – М.: Стройиздат, 1977. –143 с. | ||
 |  |
#menuinclude(1-elibraryru)