книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

Например, 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;

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

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