Методичка 5018
.pdf-на очень хрупкие (до 2);
-хрупкие (2…5);
-вязкие (5…10);
-очень вязкие (более 10).
Абразивность оценивают в граммах износа эталонных бил – стандартных стержней из незакалённой стали, отнесенных к одной тонне измельченного материала. (Абразивность – способность перерабатываемого материала изнашивать рабочие органы машины).
Имеются практические рекомендации по использованию соответствующих видов нагрузок в зависимости от типа измельчаемого материала. Так, дробление прочных и хрупких материалов целесообразно осуществлять раздавливанием и изломом, а прочных и вязких – раздавливанием и истиранием. Крупное дробление мягких и хрупких материалов предпочтительно выполнять раскалыванием, среднее и мелкое – ударом. В промышленности дробление материалов проводят, как правило, сухим способом. Реже применяют мокрое дробление, когда в загрузочные устройства машин разбрызгивают воду для уменьшения пылеобразования, либо дробление производится в жидкости с помощью движущихся в ней твердых частиц (бисера).
Помол твердых материалов осуществляют ударом и истиранием.
11
Так же как и дробление, помол может быть сухим и мокрым. По сравнению с сухим, мокрый помол экологически более совершенен и более производителен. Однако мокрый помол может применяться только тогда, когда допускается контакт измельчаемого материала с водой.
При проектировании схем измельчения любых материалов необходимо соблюдать принцип «не измельчать ничего лишнего», поскольку переизмельчение приводит к излишнему расходу энергии, снижению производительности и росту износа дробилок и мельниц. Материалы высокой и средней крепости дробятся, как правило, в две-три стадии, более мягкие – в одну стадию.
4. Теории измельчения
Основной вопрос теорий измельчения состоит в установлении связи между затратами энергии и размерами конечных и начальных кусков
материала, их формой, взаимным расположением, физико-механическими свойствами и т.п. В связи с многочисленностью влияющих факторов существующие теории измельчения характеризуют энергозатраты в общем виде с учетом лишь наиболее важных параметров процесса и измельчаемого материала.
Согласно гипотезе П. Риттингера (1867 г.) работа при измельчении материала пропорциональна площади вновь образованной поверхности ∆F(м2):
A K1 F , |
(6) |
где K1 – коэффициент пропорциональности.
12
Кирпичев В. Л. (1874 г.) и Кик Ф. (1885 г.) предположили, что энергия, необходимая для одинакового изменения формы подобных и однородных тел, пропорциональна их объемам, то есть
A K |
3 |
, |
dн |
||
2 |
|
|
где K2 – коэффициент пропорциональности.
(7)
П. А. Ребиндер (1940 г.) предложил определять энергозатраты при дроблении с учетом работы как деформации кусков, так и образования новых поверхностей.
Ф. Бонд (1951 г.) предложил определять работу, затрачиваемую на измельчение, как величину, пропорциональную среднегеометрической из объема и поверхности разрушаемого тела
A
K d |
2,5 |
|
н |
||
3 |
,
(8)
где K3 – коэффициент пропорциональности.
Следует отметить, что ни одна из перечисленных теорий не получила широкого применения.
В инженерной практике расход энергии на измельчение рассчитывается по эмпирическим формулам с рядом коэффициентов, величины которых получают экспериментально.
Например, на основании опытных исследований была предложена эмпирическая формула для расчета мощности электродвигателя дробилок
N 0,13Ei KмQм ( |
|
1) /( |
|
) , |
(9) |
i |
dн |
где Ei – энергетический показатель, зависящий от физико-
механических свойств измельчаемого материала, кВт ч/т; |
Kм |
– |
|
коэффициент масштабного фактора (зависит от |
dн); |
dн |
– |
средневзвешенный размер кусков исходного материала, м; Qм |
– |
||
производительность, кг/с. |
|
|
|
13
Значение E i принимают по справочной литературе в зависимости от вида материала. Рекомендуют при расчете мощности двигателя принимать значение энергетического показателя Ei = 8 кВт·ч/т.
Значения коэффициента масштабного фактора в зависимости от
средневзвешенного размера |
dн |
кусков материала приводятся в |
справочных таблицах. |
|
|
5. Машины для дробления материалов
5.1. Дробилки, разрушающие материал сжатием
Дробилки являются самым подходящим средством для грубого измельчения крупных кусков материала.
Щековая дробилка
Промышленные щековые дробилки применяют для крупного и среднего дробления прочных и средней прочности пород на первичной и вторичной стадии дробления. Степень дробления обычно i = 3÷5.
По характеру движения подвижной щеки щековые дробилки разделяют на дробилки с простым (ЩДП) и сложным качением щеки
(ЩДС).
В дробилках с простым качанием подвижной щеки (ЩДП) материал измельчается преимущественно раздавливанием, в дробилках со сложным качанием (ЩДС), кроме раздавливания, происходит истирание материала.
Среди ЩДП наиболее распространены дробилки с верхней осью подвеса подвижной щеки.
Принципиальная схема щековой дробилки с простым движением щеки и с верхней осью подвеса подвижной щеки представлена на рис. 2.
Рис. 2. Принципиальная схема щековой дробилки с простым движением щеки:
1 – неподвижная щека; 2 – подвижная щека; 3 – ось; 4 – эксцентриковый вал; 5 – шатун; 6 – распорные плиты
Щековая дробилка имеет две щеки: одну неподвижную – 1, другую – подвижную – 2, подвешенную на оси 3. Подвижная щека совершает возвратно-поступательное движение, за счет чего зазор между щеками попеременно то увеличивается, то уменьшается.
На обеих щеках установлены дробящие плиты-челюсти с рифлениями в продольном направлении. Рифления представляют собой клинообразные двугранные ребра.
Качательные движения подвижной щеке сообщает вращающийся эксцентриковый вал 4 через шатун 5 и распорные плиты 6.
Материал поступает сверху в пространство между щеками. При сближении щек материал дробится, а при удалении щек друг от друга куски материала опускаются вниз и выпадают из камеры, если их размеры меньше ширины выходной щели.
Путем регулирования ширины открытого зазора и частоты сближения щек можно изменять крупность зерен и расход измельчаемого продукта.
В конструкциях щековых дробилок предусматривается установка предохранительных элементов и устройств, предохраняющих узлы машин от повреждений при попадании в камеру дробления инородного тела.
Типоразмер щековой дробилки определяется шириной В и длиной L (рис. 3) приемного отверстия камеры дробления (загрузочного зева дробилки), причем В характеризует максимальную крупность кусков, загружаемых в дробилку, а величина L определяется в основном ее производительностью.
Размеры дробильной камеры
15
Ширина загрузочного отверстия В должна обеспечить свободный прием кусков максимальной крупности. Поэтому должно быть соблюдено условие
B d max н
/
0,85
.
(10)
Рис. 3. Геометрические размеры щековой дробилки:
B – ширина загрузочного отверстия; b – ширина выходной щели при максимальном раскрытии камеры дробления; H – высота загрузочного отверстия; L – длина загрузочного отверстия
Для дробилок, работающих в автоматических линиях без оператора,
ширина загрузочного отверстия и |
максимальный размер загружаемых |
||
кусков материалов должны соответствовать условию |
|
||
max |
/ 0,5. |
(11) |
|
B dн |
|
||
Ход подвижной щеки S – важнейший параметр щековой дробилки, от которого зависят ее основные технико-эксплуатационные показатели.
За ход сжатия принимают проекцию траектории движения данной точки подвижной щеки на перпендикуляр к неподвижной щеке.
Для разрушения кусков материала при сжатии его между дробящими плитами ход щеки должен быть не меньше необходимого хода сжатия до
разрушения |
|
|
S > |
сж dн , |
(12) |
|
E |
|
где сж – допускаемое напряжение сжатия дробимого материала, |
E – |
|
модуль упругости, dн – размер куска. |
|
|
|
16 |
|
Однако дробимые куски имеют неопределенную форму и контактируют с дробящими плитами не плоскостями, а точками, поэтому практически для их разрушения значительно больший ход щеки.
Оптимальные значения ходов сжатия для щековых дробилок определены экспериментально:
для ЩДП (с простым движением щеки)
Sн 8 0,26b ,
для ЩДС (со сложным движением щеки)
(13)
Sн
7 0,10b
,
(14)
где Sн – ход сжатия (рис. 3) в нижней точке камеры дробления, мм.
Угол захвата α (угол между щеками дробилки) должен быть таким, чтобы материал, находящийся между щеками, при нажатии разрушался, а не выталкивался вверх.
Упрощенная схема для расчета угла захвата представлена на рис. 4.
Рис. 4. Равновесие дробимого куска, зажатого щеками
На действуют реакции опор Р (по нормали к и силы трения Fтр. Кусок материала при вверх, если
кусок, зажатый между щеками, контактирующим поверхностям) сжатии не будет выталкиваться
2F |
cos |
|
2P sin |
|
|
|
|||
тр |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
.
(15)
Максимальное значение силы
Fтр
трения
fP ,
(16)
17
где f – коэффициент трения материала куска о рабочую поверхность машин.
Таким образом
f tg |
|
|
2 |
||
|
.
(17)
Для стальных плит коэффициент трения с дробимым материалом f = 0,25÷0,35. Таким образом, угол захвата может достигать значений α = 28÷38о, однако в реальных случаях угол захвата принимают в пределах 15÷20о для обеспечения гарантированного захвата и повышения производительности.
Частота вращения эксцентрикового вала n
Оптимальную частоту вращения эксцентрикового вала n, об/с, рассчитывают по эмпирическим формулам:
с загрузочным отверстием шириной 600 мм и менее
n 17b |
0,3 |
, |
|
с загрузочным отверстием шириной 900 мм и более
n 13b 0,3 ,
(18)
(19)
где b – ширина выходной щели, мм.
Достоинства щековых дробилок: простота конструкции, надежность, широкая область применения, компактность, удобство обслуживания. Недостатки: периодичность воздействия рабочего органа на материал, неполная уравновешенность движущихся масс. Для уменьшения шума и ударов, связанных с неуравновешенностью, дробилки устанавливают на тяжелых фундаментах.
Технические характеристики некоторых щековых дробилок, выпускаемых отечественными заводами, приведены в табл. П.1 приложения.
Конусная дробилка
Конусные дробилки по технологическому назначению делят на конусные дробилки крупного дробления (ККД), которые обеспечивают степень дробления i = 5 ÷ 8; конусные дробилки среднего (КСД) и мелкого
18
(КМД) дробления, обеспечивающие степень дробления i = |
20÷50. |
Конусные дробилки применяют для дробления пород прочностью |
сж до |
300 МПа с высокой степенью абразивности. Эти машины отличаются высокой производительностью. В химической промышленности в основном используют дробилки КСД и КМД.
Рабочими элементами дробилок являются поверхности двух конусов. На рис. 5 приведена принципиальная схема конусной дробилки.
Рис. 5. Принципиальная схема конусной дробилки:
1 – неподвижный конус; 2 – подвижный конус; 3 – вал; 4 – эксцентриковый стакан; 5 – сферическая пята; 6 – зубчатая передача
Дробление материала осуществляется раздавливанием и истиранием в кольцевом рабочем пространстве между наружным неподвижным конусом (чашей) 1 и подвижным дробящим конусом 2, жестко закрепленным на валу 3. Внешний конус неподвижно связан со станиной дробилки. Нижний конец вала располагается в эксцентриковом стакане 4. Вал опирается на сферический подпятник 5 (дробилки с таким подвесом иногда называют дробилками с консольным валом). Эксцентриковый стакан приводится во вращение через коническую передачу 6.
Подвижный дробящий конус совершает круговые движения внутри неподвижного конуса, последовательно максимально приближаясь к стенкам конической чаши и удаляясь от них. Приближение дробящего
19
конуса к неподвижному сопровождается дроблением материала, а удаление – разгрузкой продукта. Рабочие поверхности внутреннего и внешнего конусов защищены съемными плитами.
Производительность конусных дробилок (при сопоставимых параметрах) выше, чем у щековых дробилок. Это объясняется тем, что в конусных дробилках процесс разрушения материала и удаление его из зоны измельчения происходит непрерывно. Перекатывание дробящего конуса также способствует лучшему заполнению камеры дробления и захвату кусков.
Однако это не значит, что во всех случаях необходимо отдавать предпочтение конусным дробилкам. При малых производительностях и большой крупности исходного сырья щековая дробилка может оказаться выгоднее конусной.
Недостатки – большие габариты, повышенная энергоемкость.
Основным параметром дробилок типов КСД и КМД является диаметр нижнего основания подвижного конуса.
Технические характеристики некоторых конусных дробилок, выпускаемых отечественными заводами, приведены в табл. П.2 приложения.
Валковая дробилка
Валковые дробилки применяют для среднего и мелкого дробления материалов высокой и средней прочности, а также для измельчения пластичных и хрупких материалов. В зависимости от вида поверхности валков различают дробилки с гладкими (ДГ), рифлеными (ДР) и зубчатыми (ДДЗ) валками (рис. 6). ДР и ДДЗ применяются для среднего
20