книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1
.pdfНапример, эмпирическая формула института «Механобр»:
Q = kкрkвлkтв (150 + 750a) Lbρтεт,
где kкр, kвл, kтв – поправочные коэффициенты на условия дробления (крупность, влажность и твердость породы), принимаются по
Для выпускаемых машин производительность принимают по средним данным заводов-изготовителей с введением поправок на насыпную плотность дробимого материала, условия дробления и расчетную ширину разгрузочной щели ар:
Qp = kкрkвлkтвQn ap ρтεт ,
aп 1, 6
где Qп – производительность дробилки при паспортном значении ширины щели ап (по каталогам заводов-изготовителей).
Отечественные заводы поставляют щековые дробилки с электродвигателем, мощность которого достаточна для дробления очень прочной породы с пределом прочности на сжатие 250 МПа/м2 при производительности, соответствующей пропускной способности дробилки при заданной выходной щели. Поэтому дробилка выбирается по размеру максимального куска dmax в исходном материале и по производительности при заданной выходной щели. Ширина приемного отверстия должна быть не менее (1,15чl,20) dmax.
13.2.1.3. Конусные дробилки*
Конусные дробилки с эксцентриковым приводом наиболее широко применяются в мировой практике [1]. Их конструктивная схема была предложена еще в 1859 году и не изменилась до настоящего времени. В зависимости от крупности дробления их разделяют на дробилки крупного, среднего и мелкого дробления.
Основное дробящее действие конусных дробилок – раздавливание, но имеет место и разлом кусков при изгибе, возникающем, когда кусок с вытянутой формой зажат между вогнутой поверхностью чаши и выпуклой поверхностью дробящего конуса.
Силы выталкивания и трения, возникающие между стенками эксцентрикового стакана 5 и нижним концом вала 2, а также между поверхностью дробящего конуса 3 и кусками дробимого материала, за-
* по Л.Ф. Биленко
311
ставляют вал медленно поворачиваться вокруг своей оси в сторону, обратную вращению эксцентрикового стакана. На холостом ходу ситуация изменяется: если силы трения в эксцентриковом стакане превышают силы трения в точке подвеса, то вал вращается вокруг своей оси в том же направлении, что и эксцентриковый стакан.
Ширина выходной щели у дробилок составляет (0,1ч0,2) В (здесь В– ширина приемного отверстия дробилки), а максимальный диаметр дробящего конуса – порядка 1,5В. Современные конусные дробилки для крупного дробления имеют футеровку, придающую камере дробления криволинейные очертания. Футеровки такого профиля уменьшают забивание дробящего пространства дробилки рудой.
Массовая производительность (т/ч) выражается эмпирической формулой
= 420,5В3 +195,8В2 − 7, 2В
Q + kρт, 2В 1
где В – ширина приемного отверстия дробилки, м; k – коэффициент разрыхления.
13.2.2. Расчет и проектирование установок измельчения*
При разработке машин для измельчения твердых материалов используются в основном раздавливание и удар. Однако при этом возникают три основные проблемы, связанные с уменьшением размеров измельчаемых частиц. Во-первых, обратно пропорционально размеру частиц увеличивается поверхность рабочих органов машины. Во-вторых, проявляется тормозящее действие на процесс измельчения наличия в измельчаемом материале очень мелких частиц, которые не должны были бы подвергаться измельчению. В-третьих, при измельчении, основанном на ударном разрушении, проявляется тормозящее действие газа, снижающее скорость ударного взаимодействия [6, 19].
Из-за малости размера частиц и плотной их упаковки в зоне раздавливания измельчить материал за один проход до нужного размера не представляется возможным. Поэтому такие машины работают в замкнутом цикле, обеспечивающем возврат крупных частиц на повторное измельчение. Максимальный размер частиц, который может быть затянут в зону раздавливания, определяется так же, как иу гладковалковойдробилки.
* По Л.Ф. Биленко, Г.М. Островскому
312
13.2.2.1. Измельчители раздавливающего и истирающего действия [6]
Измельчение материала на машинах раздавливающего и истирающего действия осуществляется под действием напряжений сжатия и сдвига. Однако если усилия сжатия в различных конструкциях создаются по-разному, то сдвиговые деформации во всех конструкциях осуществляются одинаково. Исключение составляют только жерновые измельчители, где сдвиговые деформации являются преобладающими. Бегуны состоят из катков, закрепленных на полуосях, шарнирно соединенных с водилом центрального вала, опирающегося на подпятник и через втулку на чашу. Водило, вращаясь, увлекает за собой катки, заставляя их бегать (отсюда «бегуны») по дну чаши. Сырье подается в чашу, где измельчается катками до нужной тонины. В процессе измельчения материал смещается бегунами к наружной стенке чаши, откуда его возвращают снова под катки с помощью специальных скребков.
В бегунах сжимающие усилия определяются силой тяжести На бегунах можно получить измельченный продукт, в котором размер частиц не превышает 40 мкм.
До появления барабанных мельниц бегуны широко применялись во многих отраслях промышленности. В настоящее время их используют реже, в основном для измельчения вязких материалов в сочетании с перемешиванием.
Существуют различные конструкции бегунов и для сухого, и для мокрого измельчения. Встречаются бегуны с приводом, расположенным под чашей и над нею, с вращающимися катками или вращающейся чашей.
В современных бегунах масса одного катка достигает 5 т. При вращении такихкатков относительно центрального валаразвиваются большие центробежные силы, усложняющие узел крепления катков на приводном валу. По этойпричине бегуны с большимдиаметром катков изготавливают с вращающейся чашей, а катки при этом поворачиваются только относительнособственных осей.
У бегунов с вращающейся чашей есть еще одно преимущество перед бегунами с поворачивающимися катками: при мокром измельчении под действием центробежных сил суспензия прижимается к наружному борту чашиилегчепроникаетчерезсеткивэтихбортах.
313
Катково-тарельчатые мельницы имеют несколько модификаций:
сглубокой размольной чашей (тарелкой), с мелкой или плоской чашей;
сцентробежным прижатием роликов или прижатием роликов с помощью пружин; с приводом на прижимные ролики или на чашу.
Катково-тарельчатые измельчители в сравнении с бегунами, в которых усилие раздавливания лимитируется весом катков, обладают несомненным преимуществом – они имеют существенно меньшие габаритные размеры.
Ролико-кольцевые мельницы подразделяют на вертикальные и горизонтальные. Схема одной из конструкций ролико-кольцевых мельниц
свертикальным расположением размольногокольца показана на рис. 13.9.
Рабочими элементами мельницы являются ролики 2 и 8, а также размольное кольцо 1, висящее на роликах. Ролик 8 соединен с приводом и является ведущим. Ролики 2 установлены на осях и пружинами 6 через рычаг 4 прижимаются к кольцу 1. Усилия пружин, действующих на ролики, регулируют с помощью винтов 3. Кольцо и ролики размещаются в корпусе 5, закрытом крышкой 7.
Рис. 13.9. Ролико-кольцевая вертикальная мельница:
1 – размольное кольцо; 2 – ролики; 3 – винт; 4 – рычаг; 5 – корпус;
6 – |
нажимная пружина; 7 – крышка; 8 – ведущий ролик; |
9 – |
ось ролика; 10 – коромысло; 11 – питающая воронка |
314
Материал через питающую воронку 11 попадает на кольцо и измельчается, находясь между вращающимся кольцом и роликами. Часть измельченного материала, пройдя первый ролик, сбрасывается с кольца и попадает в нижнюю часть корпуса, другая, прижатая центробежной силой к внутренней поверхности кольца, поднимается ко второму ролику, а затем попадает к ведущему ролику. Измельченный между роликами и размольным кольцом материал вытесняется сырьем, непрерывно поступающим в мельницу.
Материал, попавший в нижнюю часть корпуса, содержит кроме целевого продукта и более крупную фракцию. Поэтому ролико-кольцевую мельницу обычно устанавливают в замкнутом цикле с сепаратором, где крупные частицы отделяются и возвращаются в измельчитель на доизмельчение, а целевой продукт направляют по назначению.
Способ измельчения материала между внутренней поверхностью вращающегося кольца и наружной поверхностью находящихся в нем роликов используется довольно широко. В промышленности применяют ряд конструкций таких измельчителей, которые отличаются друг от друга некоторыми особенностями.
Жерновые мельницы
Основными рабочими элементами жернового измельчителя 5 являются два каменных круга 3 и 4, называемых жерновами. Один из жерновов приводится во вращение, а второй остается неподвижным. Верхний жернов своей тяжестью, а также с помощью пружин 8 прижимается к нижнему подвижному. Материал, подлежащий измельчению, через воронку 6 поступает внутрь верхнего жернова и затем центробежными силами, а также с помощью специальных насечек на рабочих поверхностях жерновов затягивается между последними и измельчается.
Измельченный материал выбрасывается в кожух 7 и выходит через штуцер 2. Крупность помола регулируется установочным устройством 1, позволяющим перемещать один из жерновов в осевом направлении.
При измельчении и растирании материалов частично изнашиваются и рабочие поверхности измельчителя. Продукты изнашивания переходят в продукт измельчения. Например, загрязнение красителя металлом приводит к изменению цвета красителя, неустойчивости его при воздействии света, тепла или атмосферных осадков. Такая опасность уменьшается, если рабочие поверхности измельчителя изготовлены из инертного материала (камня).
315
Рис. 13.10. Жерновая мельница: 1 – установочный маховик;
2 – |
выводной штуцер; 3 – нижний жернов; 4 – |
верхний жернов; |
|
5 – бандаж; 6 – питающая воронка; 7 – |
кожух; 8 – |
нажимные пружины; |
|
9 – |
опорно-приводное колесо; 10 – |
центральный вал с приводом; |
11 – червячная пара; 12 – подпятник
Жерновые измельчители имели широкое применение в мукомольном производстве. В настоящее время они вытеснены более производительными измельчителями – вальцовыми. В химической промышленности жерновые измельчители применяют для размалывания и растирания красителей.
Долгое время считали, что не стоит усовершенствовать жерновые измельчители, так как их целесообразнее заменить более совершенными машинами. Однако в последнее время эти измельчители стали снова широко использоваться, известны даже случаи получения патентов на них.
В современных жерновых измельчителях жернова изготовляют из корунда, а детали, соприкасающиеся с измельчаемым материалом, – из легированной стали. Частота вращения нижнего жернова достигает 3000 об/мин и более [6].
316
13.2.2.2.Мельницы ударного действия
Кмельницам ударного действия относят машины с вращающимися роторами, на которых закреплены различной конструкции молотки, била и пальцы, а также струйные измельчители.
Шахтные мельницы, по существу, являются прототипом молотковой дробилки. Название «шахтные» измельчители получили потому, что они предназначены для работы в цикле с сепараторами-сушилками шахтного типа.
Эффективность измельчения в струйных мельницах определяется скоростью и частотой соударения частиц друг с другом и футеровкой. Поэтому конструкции струйных мельниц определяются не только прочностными свойствами частиц, но и их размером.
13.2.2.3.Барабанные мельницы
(конструкции и основные характеристики)
Для измельчения твердых материалов наибольшее распространение получили барабанные мельницы. По режиму работы мельницы делят на машины периодического и непрерывного действия [1].
Взависимости от формы барабана различают мельницы цилиндроконические и цилиндрические. Последние, в свою очередь, бывают трех типов – короткие, длинные и трубные. У коротких мельниц длина барабана меньше диаметра или близка к нему; у длинных она достигает 2–3 диаметров, а у трубных длина барабана больше диаметра не менее чем в 3 раза. Трубные мельницыприменяются вцементной промышленности.
Взависимости от вида мелющих тел различают мельницы шаровые, стержневые, галечные, рудногалечные, полусамоизмельчения (с небольшой добавкой шаров) и самоизмельчения [1–5]. Последние типы мельниц стали применять на крупнотоннажных обогатительных фабриках. У шаровых мельниц в качестве мелющих тел используют стальные или чугунные шары, у стержневых – стальные стержни, у галечных – кремневую гальку или руду, у мельниц самоизмельчения – крупные куски измельчаемой руды.
Конструкция стержневой мельницы (рис. 13.11) подобна конструкции шаровой мельницы. Чтобы снизить уровень пульпы и увеличить скорость прохождения измельчаемого материала, диаметр разгрузочной горловины стержневой мельницы делается значительно больше, чем у бара-
317
бана шаровой мельницы того же диаметра. Загрузочная горловина должна беспрепятственно пропускать большое количество материала, особенно при работе мельницы в открытом цикле при малых степенях измельчения. Разгрузочные горловины диаметром 1200 мм и более позволяют проникать через них внутрь барабана для осмотра и смены футеровки. Это исключает необходимость устройства специального лаза в барабан. Для установки футеровки в барабаны мельниц с горловинами меньшего диаметра, не имеющихлаза, необходимо снимать однуизторцевыхкрышек.
Торцевые крышки барабана стержневой мельницы защищают футеровкой, образующей плоские торцовые поверхности, ограничивающие продольное перемещение стержней. Применяют также и слегка конические торцевые стенки для облегчения загрузки в мельницу измельчаемого материала.
Рис. 13.11. Стержневая мельница: 1 – барабан; 2 – улитковый питатель; 3 – загрузочная втулка; 4 – подшипник; 5 – футеровка барабана; 6 – венцовая шестерня; 7 – разгрузочная горловина
Для стержневых мельниц применяется волнистая или ступенчатая футеровка барабана внахлестку. Гладкая футеровка из-за сильного скольжения стержней быстро изнашивается. Стержневые мельницы в зависимости от назначения снабжаются улитковыми, барабанными или комбинированными питателями.
Отношение длины барабана к диаметру для стержневых мельниц обычно составляет 1,4–2. Считается, что нельзя изготовлять стержневые мельницы длиной менее 1,25D по условиям спутывания стержней; обычно это отношение составляет (1,4, 1,6) D.
318
Работа стержневых мельниц имеет специфические особенности, измельчение в ней происходит в результате ударов и трения по линейному контакту вдоль образующей соприкасающихся стержней, поэтому к их футеровкам предъявляются определенные требования.
Для нормальной работы стержневой мельницы необходимо, чтобы стержни, изношенные до некоторого предельного диаметра, не гнулись в мельнице, а ломались на короткие прямые куски и выходили из мельницы вместе с пульпой. Чем больше длина стержней и мельницы, тем больше диаметр изношенных стержней, которые ломаются в мельнице. При длине стержней 6 м средний диаметр изношенных стержней достигает 50 мм. Если сделать стержни из недостаточно хрупкой стали, то более длинные, изношенные до малого диаметра, опутают остальные, как проволокой. В настоящее время предельной считается длина стержневой мельницы 6 м, этот предел определяется трудностями изготовления стержней большей длины [2–6].
С увеличением длины мельницы падает ее пропускная способность из-за недостаточного уклона потока пульпы. Поэтому не удается использовать в полной мере увеличение производительности мельницы за счет увеличения ее диаметра; в настоящее время предельным диаметром стержневой мельницы считается 4,5 м.
13.2.3. Расчет аппаратов гранулирования
Гранулирование – формирование твердых частиц (гранул) определенных размеров и формы с заданными свойствами. Размер гранул зависит от вида материала, способа его дальнейшей переработки или применения и составляет обычно (мм): для минеральных удобрений – 1–4, термопластов – 2–5, реактопластов – 0,2–1,0, каучуков и резиновых смесей – 15–25 и более, лекарственных препаратов (таблеток) – 3–25. Формирование гранул размером менее 1 мм иногда называют микрогранулированием.
Гранулирование может быть основано на уплотнении порошкообразных материалов (с использованием связующих или без них), диспергировании и последующей кристаллизации расплавов или растворов либо на измельчении крупных кусков в дробилках.
Основные показатели эффективности гранулирования – выход товарной (кондиционной) фракции, качество получаемых гранул (форма, прочность, насыпная масса), однородность гранулометрического соста-
319
ва. Процесс можно осуществлять с возвратом мелких частиц на стадию гранулообразования либо без него. По первой схеме гранулируют удобрения, по второй – полимеры и лекарственные препараты.
Придание веществам формы гранул улучшает условия их хранения и транспортировки, позволяет механизировать и автоматизировать процессы последующего использования продуктов, повышает производительность и улучшает условия труда, снижает потери сырья и готовой продукции. Ниже рассмотрены важнейшие методы гранулирования
Окатывание включает следующие стадии: смачивание частиц материала связующим (водой, сульфитспиртовой бардой, смесями с водой извести, глин, шлаков и других вяжущих материалов), в результате чего образуются отдельные комочки-агломераты частиц и (или) происходит наслаивание мелких частиц на более крупные; уплотнение агломератов в слое материала. Процесс осуществляют в барабанных, тарельчатых, скоростных и вибрационных грануляторах [2–6].
Принципдействия барабанного(рис. 13.12) итарельчатого(рис. 13.13) грануляторов основан на вращении соответственно барабана, установленного горизонтально или под углом 1–3° ( частота вращения 5–20 мин– 1), испециальной тарели, размещенной под углом 45–55° ( частота вращения 5–50 мин–1 ), внутри которых перемещается слой материала. Степень заполнения им аппаратов может изменяться от 10 до 15 %. Окатывание в барабанном грануляторе происходит на боковой цилиндрической поверхности, в тарельчатом – восновномна поверхности днища тарели.
Рис. 13.12. Барабанный гранулятор
320