ООО «Хусманн Рус» проводит научно-технические исследования, с целью повышения качества обработки и сортировки ТБО для увеличения эффективности работы выпускаемого оборудования.
Инженеры-конструктора в компании «Хусманн Рус» ведут научную работу с сотрудниками кафедры Инжиниринга технологического оборудования НИТУ МИСИС, результаты которых отражают в высокорейтинговых периодических изданиях.
Так, в журнале «Металлург», представленном в информационных системах: Web of Science, SCOPUS, РИНЦ опубликована статья «Динамический распределитель на технологических линиях для сортировки металлургического производства и твердых бытовых отходов». Приятного чтения:
Аннотация. Технология заключается в повышении равномерности и плотности распределения отходов металлургических предприятий фракции 0–5 мм и твердых бытовых отходов фракций массой до 0,1 кг при перемещении и загрузке на участках сортировочных комплексов, входящих в состав промышленных предприятий. Конструкция динамического распределителя позволит равномерно распределять фракции указанных размеров по ширине конвейерной ленты. Обоснован выбор стали для изготовления рабочего органа динамического распределителя. В программе Universal Mechanism смоделирован рабочий процесс распределения фракций, показывающий заполнение полезной площади конвейера.
Ключевые слова: отходы металлургического производства, твердые бытовые отходы, сортировочный комплекс, оборудование для сортировки, распределитель, конвейер, фракция, плотность распределения отходов
Введение. Применение малоотходных технологий в промышленных отраслях важно для рационального использования ресурсов России и решения экологических проблем. Современные промышленные металлургические предприятия в своем составе имеют не только полный цикл производства продукции, но и производственные ресурсы для переработки отходов с целью их повторного использования.
Один из видов отходов металлургического производства – шлаки [1]. В настоящее время шлакопереработка – востребованная отрасль, так как переработанный шлак является высококачественной продукцией для цементной и строительной отраслей промышленности. Оборудование для переработки, сортировки шлака устанавливается в зависимости от его фракции – крупной, средней и мелкой. Особое внимание необходимо уделять сортировке шлака мелкой фракции 0–5 мм, так как он обладает рядом особенностей, таких как высокая способность к поглощению воды, высокая плотность, быстрое высыхание и уплотнение.
Сортировка твердых бытовых отходов – неотъемлемая часть при решении экологических проблем. При правильной сортировке твердых бытовых отходов (ТБО) возможно поторное использование отходов, что приводит к снижению загрязнения окружающей среды.
Сортировочные комплексы [2, 3] – это предприятия, на которых отходы металлургических предприятий и ТБО разных категорий проходят процесс сортировки. Такие комплексы имеют в своем составе достаточно развитую инфраструктуру, в которую входят площадки для разгрузки отходов разных видов, очистные сооружения, склады, производственные помещения, в которых установлено сложное технологическое оборудование. Технология переработки отходов как бытового, так и промышленного назначения зависит от их типа, габаритов, массы и ряда других факторов. Можно выделить основные этапы работы таких комплексов: грохочение [4], дробление, сепарация (рис. 1) [5, 6], прессование.
Рис. 1. Модель сортировочного комплекса: 1 – воздушный сепаратор; 2 – баллистический сепаратор; 3 – пресс; 4 – оптический сепаратор; 5 – магнитный сепаратор
Баллистический сепаратор разделяет материалы по принципу 2D/3D. Он позволяет разделить перекатывающиеся объекты (элементы трехмерной формы), плоские объекты (элементы двухмерной формы) и материалы мелких фракций массой до 0,1 кг. При этом важно, чтобы поток фракций получал оптимальное распределение на участке транспортировочной ленты, без их скапливания, которое снижает эффективность работы участка сепарации.
Принцип работы оптического сепаратора заключается в распознавании материала отходов по цвету – в видимом диапазоне и по типу – в инфракрасном диапазоне светового спектра. Если поток поступающих фракций скапливается на определенном участке конвейерной ленты одной сплошной массой [7–9], то эффективность работы оптического сепаратора снижается. Поэтому важно задействовать в его работе всю ширину конвейерной ленты.
Важными моментами в работе сортировочных комплексов являются перемещение и метод подачи между этапами переработки как отходов металлургических предприятий, так и ТБО. Так как в процессе сепарации задействовано сложное оборудование, с разным назначением и габаритным приемным окном, то на разных этапах сортировки установлены конвейеры разной ширины, в зависимости от участка переработки. В результате этого возникает проблема ненадлежащих равномерности и плотности распределения фракций представленных отходов для осуществления желаемого процесса их сортировки и передачи на разных участках комплекса.
Цель работы: повышение равномерности и плотности распределения отходов металлургических предприятий мелкой фракции (0–5 мм) и ТБО фракций массой до 0,1 кг при перемещении и загрузке на участках сортировочного комплекса.
Основная часть. Одним из известных вариантов решения проблемы на технологических линиях сортировочных комплексов являются неподвижные распределители потока фракций (рис. 2), которые позволяют пересыпать отходы средней и малой фракций с конвейера узкого типа, шириной 1400 мм, на более широкий конвейер – шириной ленты 2000 мм [10].
Рис. 2. Распределитель потока (неподвижный)
Его работа заключается в гравитационном распределении отходов по площади ленты принимающего конвейера вследствие силы тяжести самой фракции, поэтому эффективность такого оборудования во многом зависит от массы и размеров отходов.
В случае, если фракция отходов металлургических предприятий 0–5 мм, а масса тел ТБО не более 0,1 кг, эффективность неподвижного распределителя, который установлен в месте пересыпа с одного конвейера на другой, резко снижается, а в отдельных случаях и вовсе незначительна.
Разработанный динамический распределитель [11–15] сможет решить проблему равномерного распределения отходов по конвейерной ленте путем приложения к нагруженной фракции силы, которая увеличит интенсивность разброса фракций. Для фракций представленного размера достаточно двух вращающихся дисков, на которые будет поступать поток отходов при пересыпе.
На схеме распределения потока отходов, созданной на основе анализа работы производственного оборудования, можно видеть, что полезная площадь распределения фракции по ширине ленты конвейера при использовании неподвижного распределителя используется только на 60–70% (рис. 3).
Рис. 3. Схема распределения потока фракции
при неподвижном ссыпном бункере (вид сверху):
1 – направление движения ленты конвейеров; 2 – движение фракции по принимающему конвейеру; 3 – площадь распределения фракции; 4 – распределитель потока фракции неподвижный; 5 – движение фракции по подающему конвейеру
При использовании неподвижного распределителя регулировать равномерность и плотность распределения фракций при сортировке возможно лишь в ограниченном диапазоне, зависящем от высоты расположения линий двух конвейеров – падающего и принимающего отходы. Если место пересыпа малогабаритное по высоте, то установка статического распределителя очень затруднительна и требует изменения его габаритов, что снизит эффективность сортировочного процесса. Применение динамического распределителя позволит решить вопрос распределения фракций при значимой разнице по ширине ленты подающего и принимающего конвейеров. Подобная конструкция используется для разброса концентрата (соли, песка) на дорогах общего пользования. Для распределения этого материала используется один диск с дополнительными ребрами, которые позволяют распределять материал на бóльшую дистанцию.
При установке на линии сортировки динамического распределителя поток материала, ссыпаясь под действием силы тяжести, с вышестоящего конвейера попадает на два диска, которые должны вращаться вокруг своей оси с частотой 2,5–4,5 с–1, что установлено в процессе производственных испытаний. Такая скорость работы динамического распреде- лителя позволит задействовать бóльшую рабочую площадь поверхности ленты конвейера (рис. 4).
Конструкция динамического распределителя. Для более равномерного распределения отходов и увеличения полезной площади конвейерной ленты необходимо уве- личение числа дисков, вращающихся в противоположные стороны. Такая конструкция позволит получить более эффек- тивный результат распределения отходов металлургических предприятий фракцией 0–5 мм и ТБО, масса тел которых не более 0,1 кг, по рабочей площади конвейера.
Рис. 4. Схема распределения потока фракций при динамическом распределителе потока (вид сверху):
1 – направление движения ленты конвейеров; 2 – движение фракции по принимающему конвейеру; 3 – площадь распределения фракции; 4 – распределитель потока фракции динамический; 5 – направление движения дисков; 6 – движение фракции по подающему конвейеру
Разработанная модель (рис. 5) состоит из электродвигателя, корпуса, щита устойчивости [16, 17]. Основной рабочий
орган – два диска, один из которых расположен чуть выше другого, что обеспечивает наибольшую эффективность рас- пределения, не пропуская даже незначительные по размеру и массе фракции отходов на металлургических предприятиях. В результате вращения дисков в противоположные стороны площадь распределения представленной фракции увеличи- вается, а также на 20–25% повышается эффективность за- полнения рабочей поверхности ленты конвейера. Для более продуктивного результата важно учесть угол наклона дисков в 35° относительно нижестоящего конвейера.
Для обеспечения надежности и повышенной работоспособности динамического распределителя потока необходимо произвести расчет геометрии дисков и основных кинематических параметров узла.
Опытным путем установлено, что частота вращения дисков до 4,5 с–1 при диам. 732 мм позволит занимать рабочую площадь ленты конвейера на 90–95% независимо от ширины транспортирующего оборудования. Основные параметры для эффективной работы динамического распределителя приведены ниже:
При подборе материала для изготовления дисков выбра- на сталь 09Г2С вместо используемой в подобных установках импортной стали Hardox 450. Отечественная сталь 09Г2С – недорогой конструкционный материал, отличающийся повышенной прочностью, стойкостью к значительным нагрузкам. Эта сталь может успешно противостоять знакопеременным нагрузкам, что весьма важно в данном случае. Улучшенная пластичность металла, допускающая обработку давлением, позволила получить необходимую геометрию заготовки диска. Схема изготовления заготовки диска представлена на рис. 6 [18, 19].
Рис. 5. Распределитель потока динамический
Рис. 6. Схема изготовления заготовки диска:
1 – подача пресс-формы; 2 – направление движения пресса (усилие 9,8 кН); 3 – листовая заготовка для диска; 4 – требуемая геометрия заготовки диска; 5 – форма для прессования
Рис. 7. Симуляция распределения фракции по конвейерной ленте с помощью динамического (а) и статического (б) распределителей
Для визуализации распределения отходов в программе Universal Mechanism был смоделирован рабочий процесс по представленным выше параметрам и приближенный к реальным условиям [20].
Заключение
Результат, полученный в программе Universal Mechanism (рис. 7), подтверждает, что динамический рас- пределитель позволяет использовать ширину ленты конвейера эффективнее – до 90–95% заполнения. При этом равномерное распределение по ленте конвейера отходов металлургических предприятий фракций 0–5 мм и твердых бытовых отходов, масса тел которых не превышает 0,1 кг, обеспечивает скоординированную работу всего сортиро- вочного комплекса.
Для изготовления дисков динамического распределителя подобран износостойкий, ударопрочный материал – сталь 09Г2С, которая позволит выдержать существенные нагрузки потока отходов металлургических предприятий, при сохранении правильной геометрии и высокой стойкости к истиранию, возникающему в результате трения между дисками и фракциями отходов.
Список источников
1. Геркави М.С., Горлова О.Е., Колодежная Е.В., Колкова М.С., Кутлубаев И.М. Расчет характеристики гранулометрического состава про- дуктов дробления металлургического шлака с учетом различной дробимо- сти фракций крупности // Горный журнал. 2023. No 6. С. 79–90.
2. Рывкин М.Д. Бытовой мусор и мегаполис: проблемы утилизации // Твердые бытовые отходы. 2007. No 5 (11). С. 22–23.
3. Рожков Р.С. Совершенствование системы мотивации в области сортировки бытовых отходов // Инновации. Наука. Образование. 2020. No 17. С. 261–265.
4. Bardovsky A.D., Gorbatyuk S.M., Gerasimova A.A., Basyrov I.I. The process of the mill feed flow along a curved acting face of a vibration mill screen // Eurasian Mining. 2023. No. 1. P. 60–63. DOI: 10.17580/em.2023.01.13
5. Bardovskiy A.D., Gerasimova A.A., Basyrov I.I. Efficiency of air classifiers in dry separation of nometallic mineral fines // Gornyi Zh. 2022. No. 12. P. 40–44. DOI: 10.17580/gzh.2022.12.07
6. Bardovsky A.D., Gerasimova A.A., Basyrov I.I. The Work of a Separation Screen with Parametric Sieve Excitation. In: Proc. of the 6th Intern. Conf. on Industrial Eng. (ICIE 2020). Ser. Lecture Notes in Mechanical Eng. 2021. Vol. 1. P. 615–622. DOI: 10.1007/978-3-030-54814-8_71
7. Барышев А.И., Будишевский В.А., Гутаревич В.О., Скляров Н.А., Сулима А.А. Расчеты и проектирование транспортных средств непрерывного действия / Под ред. проф. В.А. Будишевского. Донецк : НОРД-ПРГ, 2005. 736 с.
8. Атакулов Л.Н., Полвонов Н.О., Каюмов У.Э. Обзор и анализ диаг- ностики определения дефектов конвейерной ленты // Universum: техниче- ские науки : электрон. научн. журн. 2022. 2(95). URL: https://7universum.com/ ru/tech/archive/item/13045
9. Галкин В.И., Шешко Е.Е. Транспортные машины: учеб. для вузов. М. : Горная книга, МГГУ, 2010. 588 с.
10. Каледин В.В., Абдрахманов А.А., Сафин Г.Г., Суфияров Э.И., Великанов В.С. Способы очистки конвейерной ленты // Современные на- учные исследования и инновации. 2016. No 12 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2016/12/76286
11. Нефедов А.В., Шкурко Т.Г., Чиченев Н.А., Холодова Н.В. Мо- дернизация вагона-хоппера для перевозки агломерата и других материа- лов // Изв. вузов. Черная металлургия. 2022. Т. 65, No 11. С. 824–830.
12. Муратова Л.А., Нефедов А.В., Чиченев Н.А. Модернизация ленточного конвейера агломерационного цеха АО «Уральская Сталь» // Сталь. 2022. No 8. С. 36–38.
13. Нефедов А.В., Танчук А.В., Чиченев Н.А. Модернизация при- вода опрокидывателя рудных вагонеток Донского ГОКа // Горный журнал. 2022. No 8. С. 52–56.
14. Герасева А.Ю., Нефедов А.В., Чиченев Н.А. Реинжиниринг привода маневрового устройства вагоноопрокидывателя агломерацион- ного цеха АО «Уральская Сталь» // Сталь. 2021. No 2. С. 42–45.
15. Бескопыльный А.Д., Нефедов А.В., Чиченев Н.А. Модерни- зация привода конвейера ПН2А агломерационного цеха АО «Уральская Сталь» // Сталь. 2021. No 9. С. 42–44.
16. Bardovsky A.D., Gerasimova A.A., Basyrov I.I. Constructive solutions for upgrading of the drive of processing equipment // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. and Eng. 2020. Vol. 709 (2). P. 022015. DOI: 10.1088/1757- 899X/709/2/022015
17. Сайфуллаев С.Д., Чиченев Н.А. Модернизация гидравлического пакетировочного пресса АО «УЗВТОРЦВЕТМЕТ» // Сталь. 2019. No 10. С. 53–55. 18. Svinarev M.D., Chichenev N.A. Additive Technologies in Prototyping Parts of Binocular // Russian Internet J. of Industrial Eng. 2019. Vol. 7, No. 3. P. 51–54. 19. Чут М.В., Шешенин Е.В., Морозова И.Г. и др. Совершенство- вание технологии производства литых заготовок для лопаток ГТД // Метал-
лург. 2023. No 12. С. 115–119. DOI: 10.52351/00260827_2023_12_115
20. Gemuev S.S., Vorotnikov S.A. Robotic complex for sorting of municipal solid waste // Caspian J.: Control and High Technologies. 2019. No. 2
(46). Р. 195–207.
Статья поступила 09.10.2024; одобрена после рецензирования 25.10.2024; принята к публикации 15.12.2024
