Классификация машин для дробления и измельчения материалов

В зависимости от назначения и принципа действия в машинах для измельчения могут использоваться различные виды нагрузок: раздавливание (сжатие куска), излом (изгиб), раскалывание (эквивалентно растяжению), истирание и удар (рис. 1.1).

Рис.1Способы механического разрушения материалов, реализуемых в дробилках и мельницах.

 

Как правило, перечисленные виды силовых нагрузок в процессе измельчения действуют одновременно, например, раздавливание и истирание, удар и истирание и др. Необходимость в различных видах нагрузок, а также в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин вызвана многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов и различными требованиями к крупности исходного материала и готового продукта. Однако при работе измельчителей в зависимости от их конструкций преобладает тот или иной способ измельчения.

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.

По способу воздействия на измельчаемый материал различают дробилки, разрушающие материал сжатием (щековые, конусные и валковые дробилки) и ударом (роторные и молотковые дробилки).

В конусных дробилках разрушение материала происходит раздавливанием, изломом и истиранием при обкатывании подвижного конуса внутри неподвижного. При этом происходит периодическое сближение и отход от рабочих поверхностей конусов, в принципе, как в щековых дробилках.

В валковых дробилках материал измельчается в сужающемся пространстве между вращающимися навстречу друг другу валками путем раздавливания. При использовании рифленых и зубчатых валков материал измельчается также раскалыванием и изломом.

Машины для измельчения делят на дробилки и мельницы. По конструктивным признакам различают дробилки: щековые, валковые, конусные, ударного действия (роторные и молотковые). Пальцевые измельчители и бегуны занимают промежуточное положение между дробилками и мельницами, так как их можно применять как для мелкого дробления, так и для крупного помола.

 

Машины для дробления материала

Барабанные мельницы

 Барабанные мельницы используются при производстве цемента, извести, гипса, керамических изделий и т.п. для измельчения материала до частиц размером менее десятых долей миллиметра. Процесс помола отличается большой энергоёмкостью и стоимостью.

 В барабанных мельницах материал измельчается внутри полого вращающегося барабана. При вращении мелющие тела (шары, стержни) и измельчаемый материал (называемые «загрузкой») сначала движутся по круговой траектории вместе с барабаном, а затем падают по параболе. Часть загрузки, расположенная ближе к оси вращения, скатывается вниз по подстилающим слоям. Материал измельчается в результате истирания при относительном перемещении мелющих тел и частиц материала, а также вследствие удара.

 В промышленности строительных материалов барабанные мельницы получили наибольшее применение.

 Барабанные мельницы классифицируют по:

- режиму работы – периодического и непрерывного действия;

- способу помола – сухого и мокрого помола;

- характеру работы – мельницы, работающие по открытому и замкнутому циклу;

- форме мелющих тел – шаровые, стержневые и самоизмельчения (без мелющих тел);

- способу разгрузки – с механической и пневматической разгрузкой;

- конструкции загрузочного и разгрузочного устройства – с загрузкой и выгрузкой через люк, через полые цапфы и с периферийной разгрузкой;

- конструкции привода – с центральным и периферийным приводом.

Барабанные мельницы различаются между собой следующими признаками: измельчающей средой, т. е. родом применяемых измельчающих тел (шары, стержни, ролики, галька, крупные куски руды); геометрической формой барабана (короткий цилиндр, длинный цилиндр, конус); способом разгрузки материала из барабана (разгрузка периодическая или непрерывная; причем последняя может быть: через диафрагму, а затем через цапфу или непосредственно через цапфу или только через диафрагму; способом измельчения (сухой, мокрый).

Рис.2 Классификация барабанных мельниц

 

Классификация барабанных мельниц приведена в табл.1, которую иллюстрирует рис.2.1; Придерживаясь последовательности, принятой в табл.1 и кратко характеризуя мельницы различного типа, можно отметить следующие их особенности.

Табл.1 Классификация барабанных мельниц.

Тип мельниц	Измельчающие тела	Способ разгрузки готового продукта	Способ измельчения
1. Шаровая периодического действия (рис. 2.1, а)	Стальные шары	Периодическая разгрузка через люк	Сухой (для лабораторных — сухой и мокрый)
2. Шаровая с периферической разгрузкой (рис. 2.1, б )	Стальные шары	Разгрузка через цилиндрическое сито	Сухой и мокрый
3. Шаровая с центральной разгрузкой (рис. 2.1, в)	Стальные шары	Центральная разгрузка (непосредственно через цапфу)	Сухой и мокрый
4. Шаровая с решеткой (рис. 2.1, г)	Стальные шары	Разгрузка через решетку, а затем через цапфу	Сухой и мокрый
5. Шаровая с открытым концом (рис. 2.1, д)	Стальные шары	Через решетку (без цапфы)	Сухой и мокрый
6. Трубная однокамерная (рис. 2.1, е)	Стальные шары	Центральная разгрузка (через цапфу)	Сухой и мокрый
7. Трубная многокамерная (рис. 2.1, ж)	Стальные шары	Между камерами — разгрузка через решетку; из последней камеры — центральная разгрузка	Сухой и мокрый
8. Коническая мельница (рис. 2.1, з)	Стальные шары	Центральнаяразгрузка	Сухой и мокрый
9. Стержневая с центральной разгрузкой (рис. 2.1, и)	Стальные стержни (длиной, равной длине барабана)	Центральнаяразгрузка	Мокрый
10. Стержневая с периферической разгрузкой (рис. 2.1, к)	Стальные стержни	Разгрузка через окна в барабане	Сухой
11. Рудно-галечная бесшаровая (рис. 2.1, л)	Крупные куски измельчаемой руды	Разгрузка через цапфу	Сухой и мокрый
12. Барабанная роликовая (рис. 2.1, м)	Массивный ролик	Периферическая разгрузка через окна (или центральная сливная)	Мокрый и сухой

 

Мельница шаровая предназначена для размалывания (истирания) ТМ; каменного угля, глины, кокса, графита, формовочного песка и может быть использована для измельчения других материалов: шамота, кварца, шифера, известняка и т.д. тонкость помола достигается путём установки сит требуемой густоты

Шары стальные мелющие для шаровых мельниц.

По твердости шары металлические подразделяются на 4 группы:

1. Нормальной твердости общего назначения;

2. Повышенной твердости общего назначения;

3. Высокой твердости для измельчения руд черных металлов;

4. Особо высокой твердости для измельчения руд цветных металлов, цемента и огнеупоров.

Диаметр стальных помольных шаров варьируется от 15 мм до 120 мм.

Условный диаметр, мм	Номинальный диаметр, мм	Масса одного шара, кг
15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120	15,0 20,0 25,0 31,5 41,5 52,0 62,0 73,0 83,0 94,0 104,0 114,0 125,0	0,014 0,033 0,064 0,128 0,294 0,58 0,98 1,60 2,35 3,41 4,62 6,09 8,03

 

Конусные дробилки

Конусные дробилки используют во всех стадиях дробления при переработке самых разнообразных материалов как по крупности дробимого материала, так и по разнообразию физико-механических свойств. В этих машинах материал разрушается в камере, образованной наружным неподвижным и внутренним подвижным усеченными конусами. По технологическому назначению их делят на дробилки: крупного дробления (ККД), обеспечивающие степень измельчения i = 5... 8; среднего (КСД) и мелкого (КМД) дробления (степень измельчения i до 20... 50). В химической промышленности, в основном, используют дробилки КСД и КМД.

Главным параметром дробилок ККД является ширина приемного отверстия – расстояние между образующими боковых поверхностей конусов в зоне загрузки. Отечественной промышленностью выпускаются дробилки типа ККД с шириной приемного отверстия 500, 900,1200 и 1500 мм. Основным параметром дробилок типов КСД и КМД является диаметр нижнего основания подвижного конуса, который может быть равен 600, 900, 1200, 1750 и 2200 мм.

По конструктивному признаку – способу опирания вала дробящего конуса – различают дробилки с подвешенным валом, опорным пестом и с консольным валом. Последнюю конструкцию используют в машинах КСД и КМД.

 

 

Рис. 3 Схема конусных дробилок

В дробилках с подвешенным валом вал 3 дробящего конуса 4 в верхней точке, совпадающей с точкой пересечения осей конусов, подвешен к опоре 5, воспринимающей осевую и радиальную нагрузки. Нижний конец вала размещен в эксцентрике 2, опоры которого также воспринимают радиальную нагрузку дробящего конуса. Вращение эксцентрика осуществляется через коническую зубчатую передачу 1. В дробилке с опорным пестом осевая нагрузка дробящего конуса с пяты вала передается на пест 6 и далее на плунжер гидроцилиндра 7, который уравновешивается давлением жидкости. За счет этого обеспечивается возможность оперативного регулирования ширины b выходной щели.

В дробилках с консольным валом дробящий конус имеет более пологую форму. В этих машинах осевая нагрузка воспринимается сферической пятой 8, а радиальная – опорой эксцентрика.

Производительность конусных дробилок (при сопоставимых параметрах) выше, чем у щековых. Это объясняется тем, что в щековых дробилках площадь выходного отверстия при перемещении щеки изменяется, а в конусных она постоянная и изменяется лишь положение подвижного конуса в камере дробления. Перекатывание дробящего конуса также способствует лучшему заполнению камеры дробления и захвату кусков.

Рассмотрим конструкции дробилок на примере конусной дробилки мелкого дробления КМД (рис. 2.3).

 

Рис.4 Дробилка КМД с консольным валом

Дробилка состоит из станины 4 с опорным кольцом 6 и предохранительными пружинами 5, эксцентрика 1, установленного в центральном стакане станины на четырехдисковомподпятнике 2. Через конические зубчатые колеса эксцентрик связан с приводным валом 16, расположенным в горизонтальном патрубке станины 4. С коническим отверстием эксцентрика 1 сопряжен конический хвостовик вала 13 дробящего конуса, опирающегося на сферический подпятник опорной чаши 3. Рабочая камера дробилки образуется наружной поверхностью дробящего конуса, футерованного броней 15 из высокомарганцовистой стали, и внутренней поверхностью неподвижной брони 14 регулирующего кольца, сопрягающегося упорной резьбой с опорным кольцом 6. Для обеспечения правильной работы резьбы под нагрузкой осевой люфт в резьбе выбирается при подтягивании регулирующего кольца колонками 12 с клиньями. Клинья опираются на кожух 7, установленный на опорном кольце 6. В верхней части дробилки имеется герметичное загрузочное устройство 9, установленное на четырех стойках 11 и станине 4. Исходный материал поступает в приемную коробку 10 загрузочного устройства и через патрубок ссыпается на распределительную плиту 8 дробящего конуса.

При вращении эксцентрика дробящему конусу сообщается гирационное движение. Благодаря качанию распределительной плиты,

обеспечивается равномерная по окружности загрузка рабочего пространства. В результате при сближении конусов материал дробится, а при их расхождении выгружается.

Характерной особенностью дробилок КСД и КМД является наличие в камере дробления параллельной зоны, т.е. участка, на котором зазор между образующими конусов постоянен. Тем самым обеспечивается получение однородного продукта, близкого по размерам к зазору.

 

Валковые дробилки

Для среднего и мелкого дробления материалов высокой и средней прочности, а также для измельчения пластичных и хрупких материалов применяются валковые дробилки. В этих машинах процесс измельчения осуществляется непрерывно при затягивании кусков материала в суживающееся пространство между параллельно расположенными и вращающимися навстречу друг другу валками.

Валковые дробилки бывают одно-, двух-, трех- и четырех валковые.

В зависимости от вида поверхности валков различают дробилки с гладкими, рифлеными и зубчатыми валками. Дробилки с гладкими и рифлеными валками обычно применяют для дробления материалов средней прочности; дробилки с зубчатыми валками – материалов малой прочности. Размер кусков продукта зависит как от размера выходной щели между валками, так и от типа поверхности рабочих органов.

Основными недостатками валковых дробилок являются: 1) интенсивное и неравномерное изнашивание рабочих поверхностей валков при измельчении прочных и абразивных материалов; 2) сравнительно невысокая удельная производительность.

Широкое применение валковых дробилок объясняется тем, что они наиболее приспособлены для переработки очень распространенных материалов, склонных к налипанию или содержащих липкие включения. Во время работы дробилок налипший на поверхность валков материал срезается очистными скребками.

Валковые дробилки характеризуются диаметром D и длиной L валков, при этом L/D = 0,4...1,0. Изготовляют двухвалковые дробилки ДГ с гладкими валками для среднего и мелкого, сухого и мокрого дробления материалов с пределом прочности при сжатии до 350 МПа;двухвалковые дробилки ДР с рифлеными валками для дробления материалов с пределом прочности при сжатии до 250 МПа; двухвалковые дробилки ДГР с гладкими и рифлеными валками; четырех валковые дробилки Д4Г с гладкими валками для мелкого дробления кокса. Наиболее распространена двухвалковая дробилка.

Рис.4 Двухвалковая дробилка

Машина с гладкими или рифлеными валками (рис. 2.4) состоит из станины 1 - рамной конструкции. Валок 8 - установлен на подшипниках, размещенных в разъемных корпусах 9. Корпуса 5 подшипников другого валка установлены в направляющих 4 и могут перемещаться по ним вдоль станины. Регулирование ширины выпускной щели (зазора между валками) осуществляется с помощью набора прокладок 10, которые устанавливаются между корпусами неподвижных и подвижных подшипников. Подвижный валок прижимается к неподвижному системой верхних 6 и нижних тяг с пакетом пружин 3.Предварительное натяжение пружин, создаваемое гайками 2, обеспечивает суммарное усилие на валок, обеспечивающее дробление материала. При попадании в машину недробимых предметов пружины сжимаются, валки расходятся и пропускают их. Для предотвращения пыления дробящие валки закрыты кожухом с приемной воронкой 7.

 

 

Бегуны

Для мелкого дробления (конечный размер частиц 3...8 мм) и грубого помола (0,2...0,5 мм) извести, глины и других материалов применяются бегуны. Кроме того, бегуны могут также обеспечить растирание, гомогенизацию, уплотнение и обезвоздушивание материала.

В бегунах массивные катки, перекатываясь по слою материала, находящемуся на поддоне, измельчают его раздавливанием и истиранием. Это происходит вследствие того, что широкие катки, перемещаясь по окружности небольшого радиуса, непрерывно разворачиваются относительно поддона и их внешняя сторона скользит юзом, а внутренняя буксует.

В бегунах может осуществляться как сухой, так и мокрый помол материалов. Главным параметром бегунов является диаметр D и ширинаb катков. Для мокрого помола выпускают бегуны с размерами D × b от 1200×300 до 1800× 550 мм с катками массой, соответственно 2...7 т. Для сухого помола изготавливают бегуны с D ×b от 600× 200 до 1800× 450мм.Бегуны изготавливают с неподвижным поддоном, по которому перекатываются катки, и с вращающимся поддоном.

Рис.5 Схема бегунов

Рабочими органами бегунов являются массивные катки 1 и 2 (рис.5), перемещающиеся в чаше с измельчаемым материалом. Увеличение скорости и частоты приложения разрушающих нагрузок интенсифицирует процесс помола материала благодаря усталостным явлениям. Бегуныхарактеризуются пониженными, по сравнению с барабанными мельницами,энергозатратами, меньшим износом рабочих органов и компактностью.

 

Рис.6 Бегуны с вращающимися валками

Бегуны мокрого помола (влажностью более 15 %) с вращающимися катками (рис. 6) имеют нижнее расположение привода. При вращении вертикального вала 1 катки 5, установленные на подшипниках на водилах 6, перекатываются по поддону 4 и одновременно вращаются вокруг собственных осей. Коленчатые водила, шарнирно закрепленные в цапфе 7,позволяют каткам подниматься или опускаться в зависимости от толщины слоя материала и преодолеватьнедробимые предметы. Катки устанавливают на разных радиусах от центра поддона, чтобы они перекрывали большую площадь. Поддон укладывают плитами, имеющими овальные отверстия размером от 6×30 до 12×40 мм. Измельченный материал продавливается сквозь отверстия в поддоне и попадает на вращающуюся тарелку 8, с которой сбрасывается скребком 3 в разгрузочный лоток 2. К валу 1 прикреплены поводки со скребками 9, которые очищают борта и поверхность чаши от налипшего материала и равномерно направляют его под катки.

Применяют также верхний привод катков, бегуны с вращающейся чашей,

бегуны с пружинным, гидравлическим или пневматическим прижимом катков. Использование последних позволяет снизить металлоемкость машины. Частота вращения вертикального вала бегунов 0,3...0,9 об/с, удельный расход энергии 0,7...4,0 кВт⋅ч/т.