Крупнозернистых материалов

Для исследований после взрыва предполагается вблизи боевой скважины пробурить вертикальную скважину диаметром 222 мм в пустое пространство под кровлей магазина. С помощью этой скважины будут изучать характеристики магазина и вести наблюдения за процессом выщелачивания. Кроме того, пробурят две скважины диаметром 175 мм, глубиной 420 м за границами ядерного магазина. После получения необходимой информации с нижнего участка этих скважин из них пробурят искусственно отклоненные скважины до пересечения с границами магазина и его подошвой. Во всех буровых скважинах будут отбирать керны, пробы воздуха, проводить комплексные геофизические исследования, фотографирование и телевизионные съемки. Изучение коэффициента фильтрации в магазине и в окружающей его зоне трещиноватости намечено производить методом нагнетания сжатого воздуха в одну из скважин, пересекающих эллипсоид. На основе информации, полученной по сважинам, будет дана оценка распределения тепловой энергии и радиоактивности в зоне взрыва, крупности материала, заполняющего магазин, и других параметров, от которых зависит процесс выщелачивания.

Принципиальные схемы ЭЙД подробно рассматриваются в разделе 2.1. Обращает внимание чрезвычайно широкий диапазон технологической реализации ЭЙД - от тонкого измельчения до разрушения крупных (более 1000 мм) блоков. Способ применим при любой исходной крупности материала и реализуется непосредственно дроблением и измельчением фрагментов материала с размерами, соизмеримыми с величиной разрядного промежутка, или путем последовательного окалывания блоков большого размера.

где ат, <УЖ - стандарт отклонения в нормальном законе распределений пробивных напряжений для твердой и жидкой фаз. Для крупности материала, характерной для электроимпульсной технологии дробления и измельчения, статистический стандарт отклонения в сечениях в.с.х. составляет 10-20% /36/, а для жидкостей (например, дистиллированной воды) - 8% /37/.

Представляют интерес исследования изменения вероятности внедрения канала разряда в твердое тело по мере уменьшения крупности материала в процессе его разрушения. Как видно из в.с.х. многослойных сред (рис.2.2), электрическая прочность таких систем увеличивается с ростом числа водных прослоек. Поэтому следует ожидать, что вероятность внедрения по мере измельчения материала должна уменьшаться. На рисунке 2.5 представлена зависимость вероятности внедрения канала разряда в материал от числа поданных на пробу импульсов. Зависимость имеет также две характерные зоны: первая - незначительное уменьшение вероятности

В контексте настоящей главы под техническими средствами дезинтеграции будем понимать только аппараты, в которых непосредственно реализуется процесс дезинтеграции материала, включая и случаи совмещения в аппарате функций дезинтеграции и первичного обогащения продукта. В целом же электроимпульсные установки ЭИ-дезинтеграции кроме дезинтеграционной камеры, включают источник высоковольтных импульсов (вместе с зарядным устройством), систему управления и защиты электрической сети, средства механизации и транспортировки исходного и готового продукта. Параметры доставки задаются ее производительностью при конкретных значениях исходной крупности материала и требуемой конечной крупности продукта. Технологическая эффективность аппарата в зависимости от его назначения оценивается по таким характеристикам, как процессы дезинтеграции, эффективность раскрытия зерен полезных минералов, гранулометрическая характеристика продуктов, степень загрязнения продукта аппаратурным металлом и материалом мелющих тел. Установка должна обладать высокой эксплуатационной надежностью, допускающей конечно регламентируемую смену быстроизнашиваемых элементов, быть безопасной в эксплуатации для обслуживающего персонала и электромагнитно совместимой с другой технологической аппаратурой.

Ряд физических факторов естественным образом формируют класс дезинтегрирующих устройств, предназначенных для измельчения материалов. Первый фактор состоит в том, что обеспечение эффективности процесса прежде всего сводится к требованию обеспечения эффективности пробоя кусков руды, а это обеспечивается в том случае, если имеется определенное соответствие между размером куска d и величиной межэлектродного расстояния электродной конструкции /, а именно d ~ /. Но последнее определяет уровень рабочего напряжения (с увеличением разрядного промежутка напряжение пробоя повышается), который из эксплуатационных соображений целесообразно ограничить величиной 300-400 кВ. Из этого следует, что предельно допустимая величина разрядного промежутка может быть определена 30-35 мм, а размер исходного материала может достигать 50-60 мм. Этот предел определяется зависимостью эффективности электрического пробоя кусков породы от соотношения аУ1, которое для электродных систем типа стержень-плоскость не должно превышать (1.5-2). С другой стороны, как уже было отмечено выше, по физическим причинам внедрение разряда в частицы менее 2 мм становится невозможным. Таким образом, сугубо по причинам физических особенностей процесса выделен интервал крупности материала, в пределах которого при приемлемом уровне напряжения может быть обеспечена высокая эффективность благодаря созданию условий для эффективного электрического пробоя частиц материала, а именно -(50-60)+2 мм.

Устройства ЭИ-дезинтеграции могут быть одностадиалъные и многостадиальные. Стадиальность разрушения является непременным условием для повышения энергетической и технологической эффективности любого способа дезинтеграции, чтобы обеспечить возможность изменять характер воздействия на материал по мере уменьшения его крупности и своевременно выводить из процесса готовый продукт с раскрытыми зернами минералов. В стадиальных ЭИ-процессах с изменением крупности материала для обеспечения оптимальных условий пробоя и разрушения частиц материала соответствующим образом изменяется величина рабочего промежутка и параметры генератора, задающие режим энерговыделения в канале разряда.

Изменение удельного сопротивления воды в процессе дезинтеграции материала. Изменение удельного сопротивления воды в электроразрядных процессах достаточно хорошо изучено, поскольку проблема с формированием импульсного напряжения свойственна и электрогидроимпульсной, и электроимпульсной технологиям /11,141/. Для электрогидроимпульсных технологий решающее значение имеют факторы диссоциации молекул воды, для электроимпульсной технологии - растворение в воде содержащихся в продуктах дезинтеграции солей. Солеотдачу материала можно выразить эквивалентным количеством соли NaCI при определенной температуре (20°С), приведенной к единице веса материала фиксированной крупности или единице поверхности продукта дезинтеграции. На примере слюдитовых сланцев применительно к процессу в камере объемом 4 м3 нами исследована кинетика и определены коэффициенты солеотдачи для различных узких классов крупности материала при различной концентрации материала в воде (от 10 до 200 г/л). Переход солей в воду происходит весьма быстро, в конкретном случае для камеры объемом 4 м3 при незначительном перемешивании работающим элеватором выгрузки продукта равномерное распределение удельного сопротивления воды по объему камеры устанавливается за время меньшее, чем 3-5 мин. В исследованном диапазоне изменения концентрации слюдита в воде солеотдача составляет:

состава или получению максимального выхода определенного узкого класса крупности материала; к получению определенной степени вскрытия и разделения минералов, степени сохранности их природной формы; уменьшению степени загрязнения готового продукта материалы электродов; получению заданной производительности разрушения при минимально возможных затратах энергии. В отдельных случаях требования могут быть сформулированы для физико-химического состояния пульп, санитарных условий и т.д. Причем для различных технологических процессов указанные требования могут рассматриваться как отдельно, так и в совокупности. Так как требования могут иметь противоречивый характер (например, увеличение производительности единичного импульса и сохранность зерен минералов), то приоритет должен быть отдан конструкции, обеспечивающей максимальный технико-экономический эффект. Выделив основные технологические требования, необходимо определить параметры источника импульсов и режимы его работы, чтобы провести расчет элементов конструкции камеры.

Зависимость энергоемкости дробления сростков от энергии разряда, исходной крупности материала и крупности продукта достаточно закономерна: энергоемкость снижается с ростом энергии импульса и конечной крупности продукта, растет с увеличением исходной крупности. Ориентируясь на исходную крупность сростков -300+50 мм (в этом классе сосредоточена основная часть слюды, за оптимальную величину энергии разряда можно принять 3000-3500 Дж при разрядных промежутках 40-50 мм.

Специальные исследования оптимизации энергетических режимов вскрытия ограночного кристаллосырья были основаны на оценке сохранности кристаллосырья по коэффициенту k, выражающему процент целых кристаллов в общем выделенном объеме кристаллосырья. Следует оговорить некоторую условность оценки повреждаемости кристаллосырья по предложенному критерию и коэффициенту в тех случаях, когда речь идет об оценке эффективности способа в целом. Разрушение кристаллов не всегда является отрицательным фактором. Разрушение кристалла по дефектным местам с выделением неповрежденных монообластей, так называемое облагораживание, является необходимым процессом в технологии обогащения камнецветного сырья. Именно этот процесс возможен при электроимпульсном способе вскрытия кристаллосырья, но это предмет специального исследования. Поэтому при выборе режимов дробления мы стремились к уменьшению разрушения кристаллов, взяв за основу оценки коэффициента сохранности k. Исследовалось влияние энергетических (величина энергии, характер ее выделения) и технологических (соотношение исходной крупности материала и классифицирующего зазора электродной системы).

му преобразователю, который дает продольные волны. При выборе типа волны следует иметь в виду, что применение поперечных волн при контроле предпочтительнее, так как их длина при одинаковой частоте УЗК меньше, что повышает чувствительность к дефектам. Однако там, где необходимо уменьшить затухание волн (например, при контроле изделий из крупнозернистых материалов), целесообразно применять продольные волны. Направление прозвучивания выбирают таким образом, чтобы дефекты (особенно плоскостные) были ориентированы перпендикулярно направлению волны. Например, расслоение хорошо обнаруживается продольными волнами, а непровар по кромкам — поперечными. При применении продольных волн возникает довольно большая мертвая зона до 5... 10 мм (это зона под искателем, где дефекты не обнаруживаются). Для ее уменьшения в случае использования продольных волн применяют раздельно-смещенные ПЭПы, у которых мертвая зона 1.. .2 мм. Поперечными волнами хорошо выявляются подповерхностные дефекты за счет отражения луча от противоположной поверхности и дефекта. При этом сам подповерхностный дефект может быть на достаточной удалении от преобразователя. Однократно отраженным лучом представляется возможность прозвучивать «мертвую зону» сварных соединений. Однако для выявления поверхностных дефектов, рекомендуют использовать волны релеевского типа, которые распространяются на большие расстояния следуя всем изгибам поверхности контролируемого изделия.

Статистические методы выделения сигналов на фоне структурных помех представляют собой второй путь решения проблемы контроля крупнозернистых материалов. Этот путь широко используют в радио- и гидролокации. Однако помехи здесь обычно представляют случайные во времени некоррелированные процессы, т. е. шумы, поэтому накопление информации и статистическая обработка ее позволяют значительно повысить отношения сигнал — помеха. (Вопросы корреляционной обработки сигналов рассмотрены в кн. 5 данной серии.) Иное положение складывается при ультразвуковом контроле. Взаимное положе-

Простой для практиечской реализации способ — изменение длительности зондирующих импульсов, при сохранении их амплитуды. Если т;&4Г (Т — период колебаний), то полезный сигнал практически не увеличивается при дальнейшем увеличении т. В то же время уровень структурных помех растет пропорционально УТ. Дефектоскоп для контроля крупнозернистых материалов должен обладать переменной длительностью импульса (как минимум, от 4 до 9 периодов). Когда возникает сомнение, что наблюдаемые импульсы вызваны структурными помехами, то изменяют т и проверяют, изменяется или нет их амплитуда. Если амплитуда не изменяется (с точностью 1 дБ), то импульсы — сигналы от дефектов. Если амплитуда изменяется приблизительно на 3 дБ или более — это структурные помехи. Статистическое накопление и обработку сигналов можно также производить, перемещая преобразователь по поверхности изделия, изменяя угол ввода, рабочую частоту, ширину диаграммы направленности (например, варьируя диаметр преобразователя).

В правую часть этого неравенства входят постоянные величины, ограничивающие чувствительности методов. Из него следует, что при малых толщинах и низких частотах ультразвука порог чувствительности временнбго теневого метода становится ниже, чем амплитудного теневого метода, поэтому применение времен-, ного метода предпочтительно при контроле тонких изделий из крупнозернистых материалов.

постоянной частоте), что повышает чувствительность к дефектам и разрешающую способность. Там, где необходимо увеличение длины волны и уменьшение затухания, например, при контроле крупнозернистых материалов, целесообразно применение продольных волн.

диаграмме направленности преобразователя. Отпадает проблема достижения стабильности акустического контакта. Сканирование будет осуществляться не вручную или сложными механическими устройствами, а оптоэлектрической схемой отклонений луча лазера, которую легко связать с системой развертки. Акустическая голография предельно повысит фронтальную решающую способность, улучшит возможности контроля крупнозернистых материалов, даст визуальное представление результатов контроля. Большая широко-полосность импульсов, возбуждаемых лазером, обеспечит возможность применения многочастотной голографии, тем самым сократив мертвую зону и повысив лучевую разрешающую способность.

3. Регистрирующие среды, применяемые для фиксации голограмм, должны иметь высокую пространственную разрешающую способность (3000 ... 400 линий на 1 мм), что необходимо для регистрации тонкой микроструктуры интерференционной картины, возникающей в плоскости формирования голограммы. Это требование находится в противоречии с условием высокой энергетической чувствительности фотоэмульсии, поэтому реальные материалы, используемые к голографии, отличаются низкой светочувствительностью (0,01 единицы светочувствительности по сравнению с 35 ... 250 ^единицами для крупнозернистых материалов, используемых в обычной фотографии).

отражения ультразвука от структурных неоднородностей изделия (структурные шумы); являются основным фактором, ограничивающим возможность контроля или предельную чув-.ствительность при проверке изделий из крупнозернистых материалов [21]. Для улучшения выявляемое™ дефекта на фоне структурных шумов акустическое поле преобразователя следует максимально сконцентрировать в зоне предполагаемого расположения дефекта. Если дефект находится в дальней зоне, по возможности сужают диаграмму направленности, увеличивая диаметр преобразователя. Если дефект попадает в ближнюю зону преобразователя, рекомендуется применять фокусировку ультразвука. Полезно также уменьшать длительность импульсов, применять импульсы колоколо-образной формы, продольные волны вместо поперечных (для них меньше коэффициент рассеяния), раздельные преобразователи. Выявляемость дефектов на фоне структурных шумов облегчается при использовании системы ВАРУ и компенсированной отсечки в усилителе дефектоскопа.

Наиболее распространены теневой и зеркально-теневой методы. Признаком обнаружения несплошностей этими методами служит ослабление амплитуды упругих волн, прошедших черев изделие. Для контроля крупнозернистых материалов (например, бетона) применяют временной теневой метод. Признаком обнаружения несплошностей этим методом является запаздывание времени прохождения импульсов через изделие.

му преобразователю, который дает продольные волны. При выборе типа волны следует иметь в виду, что применение поперечных волн при контроле предпочтительнее, так как их длина при одинаковой частоте УЗК меньше, что повышает чувствительность к дефектам. Однако там, где необходимо уменьшить затухание волн (например, при контроле изделий из крупнозернистых материалов), целесообразно применять продольные волны. Направление прозвучивания выбирают таким образом, чтобы дефекты (особенно плоскостные) были ориентированы перпендикулярно направлению волны. Например, расслоение хорошо обнаруживается продольными волнами, а непровар по кромкам — поперечными. При применении продольных волн возникает довольно большая мертвая зона до 5... 10 мм (это зона под искателем, где дефекты не обнаруживаются). Для ее уменьшения в случае использования продольных волн применяют раздельно-смещенные ПЭПы, у которых мертвая зона 1...2 мм. Поперечными волнами хорошо выявляются подповерхностные дефекты за счет отражения луча от противоположной поверхности и дефекта. При этом сам подповерхностный дефект может быть на достаточной удалении от преобразователя. Однократно отраженным лучом представляется возможность прозвучивать «мертвую зону» сварных соединений. Однако для выявления поверхностных дефектов, рекомендуют использовать волны релеевского типа, которые распространяются на большие расстояния следуя всем изгибам поверхности контролируемого изделия.

структурно-реверберационных шумов, что существенно снижает чувствительность контроля. Для крупнозернистых материалов (медь, коррозионно-стойкая сталь) характерны, как правило, оба явления, тогда как в мелкозернистых материалах (алюминий, низкоуглеродистая сталь) преобладает рассеяние. Например, для коррозионно-стойкой стали типа 12Х18Н10Т на частоте 2,5 МГц и длине 35 мм потеря энергии продольной волны вследствие рефракции составляет 3 дБ, а за счет рассеяния 1 дБ. Для сравнения отметим, что для стали марки 45 и аналогичных условий эксперимента амплитуда уменьшается на 1 дБ. Подробно влияние анизотропии рассмотрено в подразд. 6.2.