Глава 3
Конусные дробилки
3.1. Конусная эксцентриковая дробилка
Основным оборудованием по дроблению природных твердых материалов на горно-обогатительных комбинатах и карьерах по производству щебня являются конусные эксцентриковые дробилки. Они выпускаются машиностроительной корпорацией «Уралмаш» для крупного, среднего и мелкого дробления, производительностью от 30 до 2800 м3/час. Известны также эксцентриковые дробилки под торговой маркой «Саймонс» и «Гидрокон».
Рисунок 3.1. – Схема конусной эксцентриковой дробилки
Дробилка имеет литой корпус 10, устанавливаемый на фундаменте. К верхнему фланцу корпуса подпружиненными болтами крепится установочное кольцо 4. Верхняя неподвижная чаша 3, имеющая внутреннюю коническую форму, ввинчивается в нарезку на внутренней поверхности установочного кольца. На кольцевом кожухе укреплена футерованная приемная воронка. В нижней части корпуса имеется цилиндрическая втулка 9, в которую вставляется эксцентриковый стакан 5. Между втулкой и эксцентриковым стаканом находится бронзовая втулка, являющаяся подшипником эксцентрикового стакана. Эксцентриковый стакан опирается на подпятник 8.
Динамическая рабочая часть дробилки в виде дробящего конуса 14, закреплена на валу 13 и опирается на массивный сферический подшипник 11. Таким образом, вал как бы подвешен в точке 0, а его нижний конец вставлен в эксцентриковый стакан. Эксцентриковый стакан приводится во вращение от электродвигателя через передаточный вал 6 с помощью шестерен 7.
При вращении эксцентрикового стакана ось вала 13 описывает движение по конической поверхности с вершиной в точке 0. При этом дробящий конус совершает круговые качания, приближаясь и удаляясь от стенок конической чаши. В момент приближения к конической чаше происходит дробление материала, а при удалении – разгрузка раздробленного материала в специальный желоб и транспортную систему. Внутренняя поверхность чаши и дробящий конус имеют кольцевую футеровку из марганцовистой стали.
Загружаемый в дробилку материал должен поступать из питателя вертикально на загрузочную тарелку 1 и равномерно распределяться вокруг дробящего конуса в приемной щели 2.
Установочные болты предотвращают чашу от повреждений при попадании посторонних металлических включений. При этом чаша приподнимается, разгрузочное отверстие увеличивается, и металл удаляется из дробилки, не нанося ей повреждений.
Каждый кусок дробимого материала в процессе вращения дробящего конуса подвергается по данным [15] двум – трем сжатиям в параллельной зоне. Наименьшее расстояние между дробящим конусом и конической чашей определяет минимальный размер дробленого продукта. Это расстояние устанавливается немного меньше требуемого размера продукта. Изменение крупности готового продукта достигается перемещением чаши в резьбе установочного кольца при помощи специального поворотного устройства.
Дробилка выполняет функцию селективного дробления, производя разделение материала по его слабым поверхностям на границах раздела фаз и не затрагивая кристаллическую структуру минералов. Однако, и в этом случае при разрыве двойного электрического слоя на границах раздела фаз возникает электростатические силы, удерживающие материал от разрушения. Устройство ЭКОФОР, подавляя электрический заряд на разделяющихся поверхностях, способствует повышению эффективности дробления.
Испытание устройства ЭКОФОР проводилось на дробилке КМДТ-1750, используемой АООТ «Бокситогорский глинозем». Алюминат натрия после спекания во вращающейся печи дробился на конусной эксцентриковой дробилке до размеров – 8 + 1 мм. Гранулы спека размером более 8 мм после грохочения отправлялись на повторное дробление, так как они недостаточно выщелачивались. Мелочь менее 1 мм при выщелачивании не использовалась. Устройство ЭКОФОР было подключено к верхней части корпуса мельницы. Сравнение фракционного состава дробленного спека до и после включения ЭКОФОР представлено в таблице 3.1.
Таблица 3.1. – Результаты испытаний на дробилке КМДТ-1750
| Время
04.1996 |
Фракционный состав дробленного спека,
мм в % |
|||
| + 8 | – 8 + 6 | – 6 + 1 | – 1 | |
| 15:30 | 6,1 | 11,0 | 65,0 | 17,9 |
| ЭКОФОР включен в 16:00 | ||||
| 17:30 | 4,8 | 11,8 | 65,9 | 17,5 |
| 19:30 | 1,6 | 7,2 | 71,6 | 19,6 |
| 21:30 | 2,8 | 7,1 | 74,7 | 15,4 |
| 0:00 | 3,5 | 13,0 | 69,0 | 14,5 |
Результаты испытания показывают, что доля возвратной на дробление фракции + 8 мм уменьшилась более, чем в два раза. Уменьшилась и некондиционная доля – 1мм. Гранулометрический состав дробленого спека вцелом стал уже. Таким образом, эффективность устройства ЭКОФОР на широко используемой в горнорудной промышленности дробилке КМДТ была подтверждена.
3.2. Конусная инерционная дробилка
На базе анализа преимуществ и недостатков конусной эксцентриковой дробилки институтом «Механобр» [15] с участием ПО «Уралмаш», начиная с середины прошлого века, была разработана и выпускалась серия конусных дробилок нового поколения.
Рисунок 3.2. – Схема конусной инерционной (вибрационной) дробилки, где 1 – наружный конус, 2 – броня наружного корпуса, 3 – гидродомкрат, 4 – внутренний конус, 5- сферическая опора, 6 – корпус, 7 – дебалансный ротор-вибратор, 8 – подшипник ротора-вибратора, 9 – эластичная муфта, 10 – резиновый амортизатор, 11– металлическая опора, 12- клиноременная передача, 13 – электродвигатель
Эти дробилки с производительностью от 2 до 500 т/час имели значительно улучшенные по сравнению с эксцентриковыми технические характеристики. По сравнению с конусной эксцентриковой дробилкой конусная инерционная, представленная на рисунке 3.2, имеет удельные затраты электроэнергии в 1,5 раза меньше, но обеспечивает прирост вновь образованной поверхности в 2 раза больше.
Дробилка приводится в движение от электродвигателя через клиноременную передачу. Через эластичную муфту крутящий момент передается дебалансному ротору-вибратору, который, вращаясь с опорой на подшипник, развивает центробежную силу, заставляющую внутренний конус совершать круговые качания на сферической опоре. Бегущее по окружности сближение конусов заставляет куски материала, находящиеся в слое между конусами, разрушаться друг о друга.
Во время сближения конусов наружный конус, закрепленный на резиновых амортизаторах, получает зарядку кинетической энергией, которую, с большей частотой, чем частота вращении вибратора, отдает измельчаемому материалу, осуществляя его сдвиг. То есть вместо жесткой кинематической связи между конусами в конусных эксцентриковых дробилках, в конусных вибрационных имеет место динамическая связь. Она создаёт ещё одну составляющую дробящей силы, что приводит к сдвиговым деформациям в измельчаемом материале. Их действие проиллюстрировано на рисунках 3.3. и 3.4. по данным [3].
Рисунок 3.3. – Характер колебаний дробящей силы в эксцентриковой а) и инерционной конусных дробилках б)
Такая система давления на измельчаемый материал позволила увеличить частоту воздействия на слой материала и, увеличив толщину этого слоя, увеличить производительность дробилки. Материал в дробилке подвергается интенсивному вибрационному воздействию. Стало возможным также осуществлять пуск и остановку дробилки под нагрузкой.
Число колебаний дробящей силы за один оборот обкатки внутреннего конуса через слой материала, соответствующее одному обороту дебалансного ротора-вибратора доходит до тридцати.
Рисунок 3.4. – Действие дробящих сил в конусных эксцентриковой а) и инерционной б) дробилках
Материал за полный проход через дробилку, задерживаясь в ней на несколько секунд, получает около тысячи импульсных сжатий с одновременным сдвигом. За каждый цикл перемещения частица материала меняет ориентировку по отношению к соседним частицам, создаются условия для принудительного самоизмельчения. Частицы с малыми дефектами структуры разрушают соседние, более дефектные.
Крупность готового продукта регулируется частотой вращения дебалансного вибратора и его статическим моментом за счет смены грузов дебаланса. Степень дробления может быть настроена от 4 до 30.
Предварительное измельчение цементного клинкера проводилось на конусной дробилке, изготовленной в Турции компанией MTF. Она представлена на рисунке 3.5 в составе технологической линии турецкого завода Nuh beton.
Рисунок 3.5. – Конусная вибрационная дробилка MULTICON -1000 в работе на заводе Nuh beton a.s.
Для проведения предварительного измельчения цементного клинкера перед подачей его в шаровую мельницу конструкция дробилки была переработана [55]. В отличие от гранита цементный клинкер представляет собой более вязкий материал, что вызвало необходимость изменения узла подшипника дебалансного вибратора.
Дробилка MULTICON – 1000 имеет производительность по цементному клинкеру 100 т/час при мощности электродвигателя 160 кВт. Она представляет собой предварительный измельчитель для финишных шаровых цементных мельниц, который снижает удельный расход электроэнергии на помол цемента вцелом на 30-35%, обеспечивая повышение производительности мельниц закрытого цикла на 30-40%.
В таблице 3.2. представлены данные для сравнительного анализа гранулометрического состава цементного клинкера, обыкновенно подаваемого в мельницу помола цемента и продукта дробления этого клинкера, прошедшего через конусную вибрационную мельницу.
Таблица 3.2. – Интегральное распределение частиц клинкера и продукта его дробления по размерам на конусной вибрационной мельнице
| Размер частиц, мм | Интегральное распределение, % | |
| Клинкер | Дробленый клинкер | |
| 53 | 100 | 100 |
| 38 | 99,79 | 100 |
| 19 | 80,32 | 100 |
| 13,2 | 64,18 | 100 |
| 9,5 | 48,03 | 100 |
| 6,3 | 36,16 | 98,37 |
| 3,55 | 24,64 | 93,07 |
| 2 | 16,34 | 82,22 |
| 1,4 | 13,63 | 75,80 |
| 1 | 9,25 | 70,21 |
| 0,5 | 7,53 | 51,14 |
| 0,2 | 6,16 | 46,12 |
| 0,09 | 4,83 | 30,83 |
| 0,036 | 3,01 | 14,74 |
Результаты показывают, что применение конусных вибрационных дробилок для предварительного измельчения цементного клинкера, учитывая, что удельные затраты электроэнергии при этом составляют всего 1,6 кВт час/ т, эффективно для помольной системы в целом.Сравнение результатов дробления показывает, что 50% клинкера, имевшие размеры более 10 мм, перешли в размер дробленого продукта менее 10мм. Доля частиц размером менее 3,55 мм увеличилась в 4,9 раз, а частиц цемента размером 36 мкм стало больше в 4,9 раз. Такой дробленый продукт следует направлять не в мельницу, а сначала в её сепаратор для отделения уже готового цемента, не нагружая им мельницу.
В ноябре 1995 года одно из первых испытаний устройства ЭКОФОР первого поколения было проведено в НТЦ «Техноген» на конусно-инерционной дробилке КИД-100. При измельчении клинкера для производства жаростойкого цемента производительность дробилки была увеличена на 15-20% с увеличением содержания более тонких фракций помола.
Использование устройства на конусно-инерционной дробилке КИД-300 при дроблении алюминиево-палладиевого катализатора АПК на АОЗТ «Юнвист» значительно улучшило выход тонких фракций.
Рисунок 3.6. – Результаты интенсификации дробления катализатора АПК
Так в соответствии с рисунком 3.6. остаток на сите 45 мкм уменьшился с 23,7% до 12,7%, почти в два раза. Устройство подключалось к верхней части корпуса дробилки.
Катализатор АПК представлял собой вязкий материал, который при измельчении создавал перегрузку подшипника дебалансного вибратора. Результатом этого являлся периодический режим работы дробилки с остановкой её на охлаждение. Устройство ЭКОФОР дополнительно снизило трибоэлектрические потери [56] в подшипнике дебалансного вибратора, обеспечив длительный режим работы дробилки. Как уже указывалось ранее, конусная вибрационная дробилка в настоящее время оснащена модернизированным подшипником, обеспечивающим её работу с вязкими материалами.
Таким образом устройство ЭКОФОР доказало возможность дополнительного улучшения показателей работы конусной вибрационной дробилки за счет электронейтрализации измельчаемого материала.