from 01.01.1974 until now
Rostov-on-Don, Rostov-on-Don, Russian Federation
Rostov-on-Don, Rostov-on-Don, Russian Federation
Rostov-on-Don, Rostov-on-Don, Russian Federation
The work objective. Study of energy conditions for grinding ferromagnetic particles by non-contact method in devices with a rotating electromagnetic field. The problem to which the article is devoted. Development of an energy model for controlling the process of grinding ferromagnetic particles of sludge wastes in a rotating electromagnetic field and experimental confirmation of its relevance. Research methods. Theoretical studies are based on the main principles of the theory of magnetism, strength and destruction of solids. Experimental studies were carried out at the Research Institute of "Vibrotechnologii" of Don State Technical University using a pilot plant implementing a rotating electromagnetic field. The novelty of the work. Establishment of analytical dependences describing the energy aspects of grinding ferromagnetic particles in a non-contact manner in devices with a rotating electromagnetic field. The results of the study. A dependence is proposed that makes it possible to estimate the energy state of particles in a magnetic vibrating bed formed in devices under the influence of a rotating electromagnetic field. The energy condition determining the threshold value of the field induction gradient is established, which ensures a stable mode of the magnetic vibrating layer, and, as a consequence, grinding of particles to a given size. An energy model for controlling the grinding process of ferromagnetic particles of sludge wastes in a rotating electromagnetic field is developed and probability-theoretic formulas for estimating the duration of the grinding process is proposed. Conclusions. The use of devices with a rotating electromagnetic field allows to implement effectively one of the important stages of treating metal sludge wastes associated with grinding of its ferromagnetic particles, which ensures the production of ferromagnetic raw materials with high granulometric characteristics. The proposed energy model of particle grinding in a rotating electromagnetic field, based on the balance of the energy of destruction and the energy received by the particle from the electromagnetic field, taking into account the mechanical and magnetic characteristics of the material, makes it possible to implement the process of controlling the granulometric size of ferromagnetic particles of sludge wastes.
wastes, ferromagnetic particles, electromagnetic field, magnetic vibrating layer, induction, energy, destruction, grinding
Введение
На машиностроительных предприятиях, осуществляющих обработку металлов, ежемесячно образуются тысячи тонн металлосодержащих отходов, представляющих собой технико-экономическую и экологическую проблему. Переработка металлоотходов позволяет поднять коэффициент использования металла до 90 – 95%, сократить потери легирующих элементов, получить значительный экономический эффект. Существующий дефицит стальных порошков, необходимость экономии материальных ресурсов приводят к пересмотру проблемы использования отходов механообработки, особенно стружковых и шламовых отходов. Чтобы получить из шлама вторсырьё требуемого качества требуется, как показано на рис.1 реализовать целый комплекс технологических операций.
Предметом настоящих исследований являлся этап переработки образованных за счет больших сил межчастичного взаимодействия, конгломератов шламовых отходов. Именно этот этап переработки позволяет обеспечить высококачественные гранулометрические характеристики ферромагнитной компоненты конгломератов, востребованной при изготовлении изделий в порошковой металлургии. Из известных на сегодняшний день устройств для измельчения металлоотходов наибольшее применение получили различного рода дробилки, и бильные мельницы. Однако сложность конструкции их и высокая степень износа бил обуславливает поиск более эффективных безконтактных способов измельчения. В этом плане научный и практический интерес представляют устройства с вращающимся электромагнитным полем (рис. 2), в условиях которого, осциллирующая под действием сил электромагнитного поля совокупность частиц, образуют магнитовибрирующий слой (МВС), обеспечивающий решение большого комплекса различных технологических задач.
Рис. 1. Схема переработки шлама
Fig. 1. Sludge processing scheme
Рис. 2. Устройство с вращающимся электромагнитным полем
(1 – корпус, 2 – индуктор, 3 – труба, 4 – шлам, 5 – сменная вставка)
Fig. 2. A device with a rotating electromagnetic field
(1 – case, 2 – inductor, 3– pipe, 4 – sludge, 5 – replaceable insert)
В отличие от однородного поля магнитовибрирование во вращающемся поле, как показано в работах [3, 7] обладает большей интенсивностью поступательного движения и как следствие большими энергетическими возможностями для реализации процессов разрушения конгломератов шламовых отходов и измельчения их металлических частиц. Эти частицы можно охарактеризовать как твердое тел, обладающее ферромагнитными свойствами, основными характеристиками которых являются магнитная проницаемость и магнитный момент.
Определение энергии, сообщаемой вращающимся электромагнитным полем частицам произведём, сделав ряд следующих допущений:
– в условиях установившегося магнитовибрирующего слоя энергия, сообщаемая частицам от внешнего поля, компенсируется диссипацией энергии, затрачиваемой на их разрушение в процессе контактного взаимодействия [1];
– изменения ориентация магнитных моментов частиц за время между последовательными столкновениями относительно мало, что дает возможность линеаризовать уравнение движения ферромагнитных частиц во внешнем поле;
– энергия от поля сообщается частицам как через поступательную, так и через вращательную степени свободы;
– взаимодействия между частицами приводят к установлению эффективного равновесия между поступательными и вращательными степенями свободы частиц;
– частицы обладают вмороженными магнитными моментами
В работах [2, 3, 17], посвященных исследованию движения ферромагнитных частиц в магнитном поле установлено , что среднее количество энергии, передаваемое внешним полем вращательным степеням свободы одному частице за время равно при 
по начальным значениям 
и 
, где 
- время между столкновения частиц, кторое реализуются в крайних точках траектории возвратно-поступательного движения. Запишем выражение для определения энергии 
, передаваемой внешним полем частицам в единицу времени при вращательно-колебательном движении в виде
1. Levin B.E. Physicochemical bases of production, properties and use of ferrites. M.: Metallurgia,1979. 427 p.
2. Thomson J. Instability and disasters in science and technology. M.: Mir, 1985. 254 p.
3. Vernigorov Y.M. Simulation of destruction of ferromagnetic materials particles in magneto-vibrational layer // World Science Proceedings of articles the international scientific conference. 2017. rr. 59-70. ISBN 978-5-00090-122-9.
4. Vernigorov Y.M. Magneto-vibrational technology of powder magnets production // Dissertation for the degree of D Eng. Rostov-on-Don. 1995. 369 p.
5. Babichev A.P. Rezhimy raboty ustroystva tonkogo pomola poroshka SmCo5 // Fundamental'nye i prikladnye problemy tehniki i tehnologii. 2012. № 6(296). S. 64-70.
6. Bagaev V.N. K teorii magnitostaticheskogo vzaimodeystviya i strukturoobrazovaniya v dispersnyh sredah // Magnitnaya gidrodinamika. 1986. №2. S. 35-40. doi:https://doi.org/10.22364/mhd.
7. Bologa M.K. Nekotorye osobennosti magnitoozhizheniya dispersnyh sistem //Magnitnaya gidrodinamika. 1981. №4. S.3-4. doi:https://doi.org/10.22364/mhd .
8. Vernigorov Yu.M. Naukoemkaya tehnologiya polucheniya kompozicionnyh poroshkov v magnitovibriruyuschem sloe // Naukoemkie tehnologii v mashinostroenii. 2019. № 5(95). S. 3-8. doi:https://doi.org/10.30987/article_5ca303087cba57.59333232.
9. Vernigorov Yu.M. Modelirovanie razrusheniya agregatov vysokoercitivnyh dispersnyh ferromagnetikov v magnitnyh polyah razlichnoy topologii // Sciences of Europe. 2017. № 21-1(21). S. 43-46.
10. Vernigorov Yu.M. Soudarenie chastic kompaktnogo ferromagnitnogo materiala v magnitovibriruyuschem sloe // Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2012. T. 12. № 1-1(62). S. 95-98.
11. Kochubey A.A. Tehnologicheskoe obespechenie uprochnyayuschey obrabotki detaley vo vraschayuschemsya elektromagnitnom pole: special'nost' 05.02.08 "Tehnologiya mashinostroeniya" : dissertaciya na soiskanie uchenoy stepeni kandidata tehnicheskih nauk / Kochubey Anatoliy Anatol'evich. Rostov-na-Donu, 2017. 156 s.
12. Lebedev V.A. Osobennosti tehnologicheskogo processa ustroystv pomola ferromagnitnyh materialov na baze magnitovibriruyuschego sloya // Naukoemkie i vibrovolnovye tehnologii obrabotki detaley vysokotehnologichnyh izdeliy. Rostov-na-Donu, 2016. 26 s. ISBN: 978-5-7890-1570-4.
13. Myazdrikov O.A. Elektrodinamicheskoe psevdoozhizhenie //Mezhvuz. cb. nauchn. trudov LTI im. Lensoveta. 1976. №1. C.3-13. ISBN 5-10-003174-3.
14. Plotnikov D.M. Povyshenie kachestva izdeliy iz poroshkovyh materialov za schet ispol'zovaniya magnitovibracionnoy tehnologii separacii shlifoval'nyh shlamov podshipnikovogo proizvodstva: special'nost' 05.16.06 "Poroshkovaya metallurgiya i kompozicionnye materialy": dissertaciya na soiskanie uchenoy stepeni kandidata tehnicheskih nauk / Plotnikov Dmitriy Mihaylovich. Rostov-na-Donu, 2008. 129 s.
15. Shirin A.A. Energeticheskie usloviya, obespechivayuschie formirovanie i ustoychivyy rezhim magnitovibriruyuschego sloya vo vraschayuschemsya elektromagnitnym pole // Fundamental'nye osnovy fiziki, himii i mehaniki naukoemkih tehnologicheskih sistem formoobrazovaniya i sborki izdeliy. Rostov-na-Donu, 22-26 sentyabrya 2020 goda. Rostov-na-Donu: Izdatel'stvo Donskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 2020. S. 338-342.
16. Egorova S.I. Nauchnye osnovy i prakticheskie aspekty razrabotki tehnologiy poroshkovoy metallurgii, osnovannyh na ispol'zovanii magnitovibriruyuschego sloya: special'nost' 05.16.06 «Poroshkovaya metallurgiya i kompozicionnye materialy»: diss. na soiskanie uchenoy stepeni dok-ra tehn. nauk / Egorova Svetlana Ivanovna; Yuzhno-Rossiyskiy gosudarstvennyy tehnicheskiy universitet (Novocherkas. politehn. in-t). Rostov-na-Donu, 2009. 394 s.
17. Egorov I.N. Razrabotka magnitovibracionnoy tehnologii pomola poroshkov magnitnyh materialov, obespechivayuschey zadannyy granulometricheskiy sostav: special'nost' 05.16.06 «Poroshkovaya metallurgiya i kompozicionnye materialy»: diss. na soiskanie uchenoy stepeni kand. tehn. nauk / Egorov Ivan Nikolaevich. Rostov-na-Donu, 2006. 159 s.
18. Vernigorov Yu.M., Egorov I.N., Egorova S.I. Effektivnost' primeneniya elektromagnitnogo polya pri mehanicheskom izmel'chenii poroshkov ferromagnitnyh materialov // Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2010. T. 10. № 3(46). S.
