Механизмы разрушения минеральных частиц и кинетические характеристики ферромагнитных тел в аппаратах вихревого слоя

Выявление механизмов разрушения частиц минеральных компонентов при обработке в измельчающих устройствах является научно-практической задачей, решение которой до сих пор не представлено в окончательном виде. В данной работе определены кинетические характеристики ферромагнитных тел, движущихся под воздействием электромагнитного поля в аппарате вихревого слоя. Реализована математическая модель движения ферромагнитных тел при учете радиальной неоднородности индукции магнитного поля. Рассчитана зависимость скорости ферромагнитного тела от радиальной координаты для различных значений индукции магнитного поля и его градиента и показано, что ферромагнитное тело может разгоняться до 50 м/с. Предложена приближенная модель распада частиц минерального компонента (портландцемента) в результате их столкновения в процессе обработки в аппарате вихревого слоя. Установлено, что количество актов распада для большинства частиц портландцемента равно двум, что значительно меньше по сравнению с количеством соударений таких частиц. Установлено, что главными факторами, влияющими на разрушение частиц и их активацию в процессе механомагнитной обработки в АВС, являются: величина магнитной индукции; градиент магнитной индукции (частота переключения электромагнитов в АВС); магнитная восприимчивость вещества обрабатываемого материала. На основе анализа кривых распределения частиц минерального вещества после дробления предложено зонирование рабочей камеры аппарата вихревого слоя: зона перемешивания, измельчения и активации частиц (интервал движения ферромагнитных тел составляет 0–12 м/с); зона интенсивного измельчения и активации частиц (интервал скоростей составляет 12–50 м/с).

Р.А. ИБРАГИМОВ¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Е.В. КОРОЛЕВ², д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Ш.Х. ЗАРИПОВ³, д-р физ.-мат. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)
² Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4)
³ Казанский федеральный университет (420097, г. Казань, ул. Товарищеская, 5)

1. Mazovendal I. Metallurgical slag-based concrete materials produced by vortex electromagnetic activation. Key Engineering Materials. 2016. Vol. 683, pp. 221–226. EDN: WQNGOX.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.683.221
2. Całus D. Experimental research into the efficiency of an electromagnetic mill. Applied Sciences. 2023. No. 13. 8717. EDN: NHRQNY. https://doi.org/10.3390/ app13158717
3. Całus D., Makarchuk O., Domanowski P., Bujnowski S. A study of magnetic mill productivity. Applied Sciences. 2023. Vol. 13 (11). 6538. EDN: WCUXSK. https://doi.org/10.3390/app13116538
4. Makarchuk O., Calus D., Moroz V. Mathematical model to calculate the trajectories of electromagnetic mill operating elements. Tekhnihna Electrodynamika. 2021. No. 2, pp. 26–34. EDN: XTBVJA. https://doi.org/10.15407/techned2021.02.026
5. Коняев А.Ю., Багин Д.Н. Моделирование и исследование электромагнитных смесителей порошковых материалов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2021. № 38. С. 129–147. EDN: DQXSPI. https://doi.org/10.15593/2224-9397/2021.2.07
5. Konyaev A.Yu., Bagin D.N. Modeling and research of electromagnetic mixers of powder materials. Vestnik of the Perm National Research Polytechnic University. Electrical engineering, information technology, control systems. 2021. No. 38, pp. 129–147. (In Russian). EDN: DQXSPI.https://doi.org/10.15593/2224-9397/2021.2.07
6. Polshchikov H., Zhukov P. Force effect of a circular rotating magnetic field of a cylindrical electric inductor on a ferromagnetic particle in process reactors. Technology Audit and Production Reserves. 2023. No. 6 (1(74)), pp. 34–40. EDN: GPXQGN. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.293005
7. Milykh V.I., Shaida V.P., Yurieva O.Y. Analysis of the thermal state of the electromagnetic mill inductor with oil cooling in stationary operation modes. Electrical Engineering&Electromechanics. 2023. No. 3, pp. 12–20. EDN: HGPDES.
https://doi.org/10.20998/2074-272X.2023.3.02
8. Kazak O., Halbedel B. Correlation of the vector gradient of a magnetic field with the kinetic energy of hard magnetic milling beads in electromechanical mills. Chemie Ingenieur Technik. 2023. Vol. 95. Iss. 10, pp. 1615–1622. EDN: NWQBWH. https://doi.org/10.1002/cite.202200183
9. Ibragimov R.A., Korolev E.V., Deberdeev T.R., Leksin V.V. Structural parameters and properties of fine-grained concrete on Portland cement, activated with plasticizers in vortex layer apparatuses. ZKG International. 2018. Vol. 71. No. 5, pp. 28–35. EDN: GCPLLJ
10. Wolosiewicz-Glab M., Pieta P., Foszcz D., Ogonowski S., Niedoba T. Grinding kinetics adjustment of copper ore grinding in an innovative electromagnetic mill. Applied Sciences. 2018. No. 8. 1322. https://doi.org/10.3390/app8081322
11. Milykh V.I., Tymin M.G. A comparative analysis of the parameters of a rotating magnetic field inductor when using concentric and loop windings. Electrical Engineering and Electromechanics. 2021. No. 4, pp. 12–18. EDN: ­WYIZFS https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.4.02
12. Makarchuk. Analysis of interaction of forces of working elements in electromagnetic mill. Przegląd elektrotechniczny. 2019. Vol. 1 (12), pp. 64–69. EDN: ­OEXNHX https://doi.org/10.15199/48.2019.12.12
13. Makarchuk O., Całus D., Moroz V. Mathematical model to calculate the trajectories of electromagnetic mill operating elements. Technical Electrodynamics. 2021. No. 2, pp. 26–34. EDN: XTBVJA. https://doi.org/10.15407/techned2021.02.026
14. Makarchuk O., Całus D. Research of the performance indicator of an electromagnetic mill. Technical Electrodynamics. 2022. No. 1, pp. 50–57. EDN: TPSZHM. https://doi.org/10.15407/techned2022.01.050
15. Całus D. Analysis of the thermal processes in an electromagnetic mill. Energies. 2022. No. 15. EDN: ­MGBEJF. https://doi.org/10.3390/en15217899
16. Ostrowski M., Blachowski B., Bochenski M., Piernikarski D. Design of nonlinear electromagnetic energy harvester equipped with mechanical amplifier and spring bumpers. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences. 2020. Vol. 68 (6), pp. 1373–1383. EDN: ­UOEJAK. https://doi.org/10.24425/bpasts.2020.135384
17. Ogonowski S. On-line optimization of energy consumption in electromagnetic mill installation. Energies. 2021. Vol. 14 (9). 2380. EDN: PSFQNU. https://doi.org/10.3390/en14092380
18. Гурьянов Г.А., Абдеев Б.М. Прикладная модель измельчения шарообразной твердой частицы прямым ударом о недеформируемую плоскую поверхность // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2020. № 1. С. 32–42. EDN: QYWIMV. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.1.03
18. Guryanov G.A., Abdeev B.M. Applied model of grinding a spherical solid particle with a direct blow against a non-deformable flat surface. Vestnik of the Perm National Research Polytechnic University. Mechanics. 2020. No. 1, pp. 32–42. (In Russian). EDN: QYWIMV. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.1.03
19. Ибрагимов Р.А., Королев Е.В. Влияние магнитного поля на гранулометрический состав портландцемента при его измельчении // Известия вузов. Строительство. 2023. № 3. С. 38–51. EDN: BFDWJK. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2023-771-3-38-51
19. Ibragimov R.A., Korolev E.V. Influence of magnetic field on granulometric composition of Portland cement during its grinding. Izvestiya of the higher educational institutions. Construction. 2023. No. 3, pp. 38–51. (In Russian). EDN: BFDWJK. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2023-771-3-38-51
20. Ибрагимов Р.А., Шакирзянов Ф.Р., Королев Е.В. Ударные воздействия при диспергировании минеральных материалов в аппаратах вихревого слоя // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 5. С. 19–25. EDN: KQAWTE. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2021.05.19-25
20. Ibragimov R.A., Shakirzyanov F.R., Korolev E.V. Impacts during dispersion of mineral materials in vortex layer apparatuses. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel’stvo. 2021. No. 5, pp. 19–25. (In Russian). EDN: ­KQAWTE. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2021.05.19-2
21. Ибрагимов Р.А., Королев Е.В. Оценка энергозатрат на активацию минеральных компонентов в аппарате вихревого слоя // Региональная архитектура и строительство. 2025. № 1.
21. Ibragimov R.A., Korolev E.V. Assessment of energy costs for activation of mineral components in the vortex layer apparatus. Regional’naya arhitektura i stroitel’stvo. 2025. No. 1.
22. Носенко А.А., Половнева С.И. Методы и устройства для измерения удельной поверхности дисперсных материалов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. № 2 (21). С. 113–121. EDN: YTPLUF. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-2-113-121
22. Nosenko A.A., Polovneva S.I. Methods and devices for measuring the specific surface of dispersed materials. Izvestiya of universities. Applied chemistry and biotechnology. 2017. Vol. 7. No. 2 (21), pp. 113–121. (In Russian). EDN: YTPLUF. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-2-113-121
23. Воронин Н.В., Родионов Ю.В., Никитин Д.В., Филатов И.С. Определение сил воздействия на ферромагнитную частицу в процессе магнитотермического поверхностного армирования изделий из термопластичных полимеров // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2021. Т. 27. № 3. С. 486–496. EDN: AQPLAG. https://doi.org/10.17277/vestnik.2021.03.pp.486-496
23. Voronin N.V., Rodionov Yu.V., Nikitin D.V., Filatov I.S. Determination of impact forces on a ferromagnetic particle during magnetothermal surface reinforcement of thermoplastic polymer products. Vestnik of the Tambov State Technical University. 2021. Vol. 27. No. 3, pp. 486–496. (In Russian). EDN: AQPLAG. https://doi.org/10.17277/vestnik.2021.03.pp.486-496
24. Belyaev A., Aleshkin A., Kuts E., Shabalin V. Simulation of water flow in a cavitation reactor. Architecture and Engineering. 2023. Vol. 8. No. 1, pp. 51–59. EDN: ­QLGQNX. https://doi.org/10.23968/2500-0055-2023-8-1-51-59
25. Raghib R., Naciri I., Khalfi H. et al. Free vibration modeling in a functionally graded hollow cylinder using the Legendre polynomial approach. Architecture and Engineering. 2023. Vol. 8. No. 4, pp. 82–98. EDN: ­AJNBMP. https://doi.org/10.23968/2500-0055-2023-8-4-82-98