Южное отделение РАО
Себряковский технологический техникум
КОНСПЕКТ лекций
по курсу «Технологическое оборудование отрасли»
Раздел «Оборудования для измельчения материалов»
для студентов дневной и заочной форм обучения
Ю.В. Столбов
Волгоград «Перемена» 2010
Оглавление
Тема 1. Общие сведения об измельчении материалов и применяемом оборудовании
Тема 2. Щековые дробилки
Тема 3. Конусные дробилки
Тема 4. Валковые дробилки
Тема 5. Дробилки ударного действия
Тема 6. Бегуны
Тема 7. Барабанные мельницы
Тема 8. Мельницы ударного действия
Тема 9. Мельницы для сверхтонкого помола
Тема 10. Мельницы с повышенной энергонапряженностью рабочих органов
Практическое занятие
Литература
Тема 1. Общие сведения об измельчении материалов и применяемом оборудовании
Общие сведения об измельчении материалов
Добываемые в карьерах и шахтах руды, топливо, химическое сырье и другие твердые полезные ископаемые, в том числе и используемые для производства строительных материалов, представляют собой, как правило, крупнокусковой материал, который для использования в производстве необходимо предварительно измельчать.
Измельчением называют процесс разрушения твердого тела путем воздействия на него внешних механических сил с целью уменьшения кусков до заданной крупности и их дальнейшего использования.
На измельчение может поступать материал, имеющий частицы и куски размерами от долей миллиметра до 1,2 м в поперечнике. В зависимости от крупности кусков измельченного материала процесс измельчения называют дроблением или помолом.
Дробление: размер кусков
крупное……………………………………………… 80ч200 мм
среднее…………………………………………………20ч80 мм
мелкое………………………………………………… 2ч20 мм
Помол: размер частиц
грубый…………….…………………………………… 2ч0,2 мм
тонкий……………………………………………… 0,2ч0,01 мм
сверхтонкий……………………………………… менее 0,01 мм
Размер кусков определяют измерением и обозначают буквами: D, d - размер куска до и после измельчения, соответственно (мм).
В зависимости от необходимой точности измерения пользуются одним наибольшим размером (длиной куска l) или двумя-тремя величинами, измеренными по взаимно перпендикулярным направлениям.
Среднее арифметическое или среднее геометрическое значение дает средний размер куска материала с различной степенью точности:
Степенью измельчения i называют отношение наибольших средних размеров кусков до и после измельчения, т. е.
Более точное значение степени измельчения находят по формуле:
; - средневзвешенный размер кусков материала.
Для определения средневзвешенный размер кусков материала, разделяют исходный материал по крупности на несколько классов, находят процентное содержание материала каждого класса и определяют средний размер куска в каждом классе, а затем находят среднее значения всех классов. измельчение материал энергонапряженность скорость
Основы процесса измельчения
Физико-технологические свойства измельчаемого материала являются основой для проектирования или выбора соответствующего оборудования и технологической схеме.
Способы измельчения.
Раздавливание происходит под действием внешних сил, при котором частицы материала сжимаются и при достижении предела прочности сжатию разрушаются.
Истирание применяется для получения тонко дисперсных порошков. При истирании внешние поверхности частицы подвергаются деформации сдвига и постепенно срезаются скользящими измельчающими поверхностями.
Ударное измельчение происходит под действием динамических нагрузок с возникновением сжимающих, растягивающих, изгибающих и сдвиговых напряжений. При ударном измельчении различают три вида ударных воздействий: удар измельчающим телом, удар об опорную поверхность, удар частиц между собой.
В чистом виде ни один из способов в промышленных измельчителях не реализуется, а используется только в сочетании. Преимущественное значение имеет тот способ, для осуществления которого сконструирован измельчитель.
Теоретические основы измельчения
Существует несколько теорий, объясняющих затраты энергии на измельчение:
1.Теория Риттингера (поверхностная) - работа, затраченная на измельчение, прямо пропорциональна площади вновь образованной поверхности измельченного материала.
2. Теория Кирпичева - Кика (объемная) - работа пропорциональна объему или массе измельчаемого материала:
3. Теория измельчения Бонда, по которой работа измельчения пропорциональна среднему геометрическому из объема и площади поверхности куска:
3. Классификация дробильно-помольных машин
1. По крупности и форме частиц конечного продукта
- дробилки (крупного, среднего и мелкого дробления);
- мельницы (грубого, тонкого и сверхтонкого помола)
2. По технологическому применению
- первичного и вторичного измельчения,
- периодического и непрерывного действия,
- сухого и мокрого измельчения,
работающие в открытом и замкнутом цикле.
Первичным называют измельчение, при котором материал поступает в дробилку или мельницу непосредственно из забоя карьера.
Вторичного измельчения материал поступает после предварительного первичного измельчения.
Машины периодического действия измельчают материал отдельными порциями, работают циклично. Цикл состоит из операций загрузки, обработки, разгрузки порции материала и подготовки машины к новому циклу.
В машинах непрерывного действия все операции совмещены во времени и выполняются непрерывно, что значительно увеличивает производительность. Большинство дробильно-помольных машин является машинами непрерывного действия.
Сухое измельчение -- это измельчение материалов естественной влажности или предварительно подсушенных.
При мокром измельчении влажность материала искусственно увеличивают, добавляя в него воду или водные растворы различных веществ.
При работе машины в открытом цикле материал проходит через машину один раз, а при замкнутом цикле после измельчения разделяется на две фракции, из которых мелкая используется, а крупная возвращается в машину для повторного измельчения.
3. По форме дробящих тел,
плоские, цилиндрические, конические, бочкообразные, шаровые, пластинчатые, в виде молотков и ножей.
4. По характеру движения дробящих тел,
- с простым и сложным вращением;
- с простым и сложным качением;
- с возвратно-поступательным движением и движением по сложным кривым линиям.
5. По конструкции и принципу действия
- Щековые дробилки измельчают материал раздавливанием между плоскими рифлеными наклонными поверхностями, одна из которых неподвижна, а вторая совершает качательные движения.
- Конусные дробилки измельчают материал в основном раздавливанием и частично изгибом между двумя коническими рифлеными поверхностями, из которых наружная неподвижна, а внутренняя совершает круговые движения, как бы обкатываясь по материалу, прижатому к внутренней поверхности неподвижного конуса.
- Валковые дробилки измельчают материал в основном раздавливанием и частично истиранием между двумя цилиндрическими, вращающимися навстречу друг другу поверхностями - гладкими, рифлеными или зубчатыми.
- Бегуны измельчают материал раздавливанием и истиранием между цилиндрическими поверхностями катков и плоской поверхностью чаши.
- Глинорезки измельчают материал ножами, вставленными под углом во вращающийся диск.
- Дробилки ударного действия, которые, в свою очередь разделяются на молотковые и роторные. В молотковых дробинках материал измельчается в основном ударом по нему шарнира подвешенных молотков, а также истиранием. В роторных дробилках дробление достигается в результате удара по материалу жестко закрепленных к ротору бил, ударом материала об отражательные плиты и ударов кусков материала один о другой.
- Дезинтеграторы измельчают материал ударом быстро вращающихся цилиндрических стержней при встречном движении рядов стержней, закрепленных на двух роторах.
- Аэробильные и шахтные мельницы измельчают материал ударом, так же как и молотковые дробилки, но позволяют получать мелкий продукт благодаря работе в замкнутом цикле.
- Кольцевые (роликовые) мельницы измельчают материал раздавливанием и истиранием подобно бегунам, но работает в замкнутом цикле.
- Барабанные (шаровые) мельницы с вращающимся барабаном измельчают материал ударом и истиранием дробящих тел, загруженных в барабан вместе с материалом.
- Вибрационные мельницы измельчают материал ударом и истиранием при соударении вибрирующих мелющих тел, загруженных в барабан вместе с материалом.
- Мельницы струйной энергии измельчают материал ударом и истиранием при соударении друг с другом частиц, быстро двигающихся по встречным или пересекающимся траекториям.
Тема 2. Щековые дробилки
Общие сведения
В промышленности строительных материалов щековые дробилки, в основном, применяют для крупного или среднего дробления. Щековая дробилка изобретена в 1858 году американцем.
Принцип работы
В камеру дробления, имеющую форму клина и образованную двумя щеками, из которых одна в большинстве случаев является неподвижной, а другая подвижной, подается материал, подлежащий дроблению. Благодаря клинообразной форме камеры дробления куски материала располагаются по высоте камеры в зависимости от их крупности - более крупные вверху, менее крупные - внизу. Подвижная щека периодически приближается к неподвижной, причем при сближении щек (ход сжатия) куски материала раздрабливаются, при отходе подвижной щеки (холостой ход) куски материала продвигаются вниз под действием силы тяжести и выходят из камеры дробления, если их размеры стали меньше наиболее узкой части камеры, называемой выходной щелью b, или занимают новое положение, соответствующее своему новому размеру. Затем цикл повторяется.
В зависимости от кинематических особенностей механизма щековые дробилки можно разделить на две основные группы:
Дробилки, у которых движение от кривошипа к подвижной щеке передается определенной кинематической цепью. При этом траектория движения подвижной щеки представляет собой дугу окружности. Эти машины называются щековыми дробилками с простым движением подвижной щеки.
Дробилки, у которых кривошип и подвижная щека образуют единую кинематическую пару. В этом случае траектория движения точек подвижной щеки представляет собой эллипс. Дробилки с такой кинематикой называются щековыми дробилками со сложным движением подвижной щеки.
Конструкция щековой дробилки с простым движением щеки
1 - станина;
2 - неподвижная щека;
3 - боковые плиты;
4 - подвижная щека;
5 - ось;
6 - эксцентриковый вал;
7 - головка шатуна;
8 - маховик (2 шт);
9 - винт для регулирования выходной щели;
10, 11 - регулировочные клинья;
12 - пружина;
13 - распорные плиты;
14 - тяга;
15 - шатун.
Кинематическая схема
1 - неподвижная щека;
2 - подвижная щека;
3 - камера дробления;
4 - эксцентриковый вал;
5 - шатун;
6 - распорные плиты;
7 - устройство для регу-лирования выходной щели;
8 - тяга;
d - min зазор между щеками;
S - величина хода подвижной щеки;
b - размер выходной щели;
Щековая дробилка для крупного дробления с простым движением подвижной щеки. Эта конструкция может считаться типовой, так как все отечественные дробилки для крупного дробления имеют аналогичную конструкцию и отличаются только размерами.
Типоразмер дробилки характеризует величина В - ширина приемного отверстия (расстояние между дробящими плитами верхней части камеры дробления в момент максимального отхода подвижной щеки). Этот размер определяет максимально возможную крупность кусков, загружаемых в дробилку Dmax, принимаемых равными 0,85, от ширины приемного отверстия, то есть Dmax=0,85B. Другим важным параметром служит длина приемного отверстия, т. е. длина камеры дробления L определяющая, сколько кусков диаметром Dmax может быть загружено одновременно. Произведение двух величин В Ч L называется размером приемного отверстия щековой дробилки и является ее главным параметром. В зависимости от величины главного параметра (В Ч L в мм) щековые дробилки, выпускаемые отечественной промышленностью, составляют следующий размерный ряд: 160 Ч 250, 250 Ч 400, 250 Ч 900, 400 Ч600, 400 Ч 900, 600 Ч 900, 900 Ч 1200, 1200 Ч 1500, 1500 Ч 2100 мм, т.е. всего девять типоразмеров, из которых шесть первых представляют собой дробилки со сложным движением подвижной щеки, четыре последних - с простым. Станина дробилка должна обеспечивать жесткость всей конструкции при больших (несколько сотен тонн) усилиях, возникающих при дроблении прочных материалов.