8.3.6. Дробилки ударного действия

(Л.Ф.Биленко)

Принципиальные особенности дробления и конструкции молотковых и роторных дробилок были рассмотрены в 8.3.1. Основные модификации молотковых дробилок приведены на рис. 8.3.1.10 и 8.3.6.1.

Молотковые дробилки выпускают с колосниковыми решетками и без них [49, 54]. Дробилки с колосниковыми решетками предназначены для получения продукта с определенной крупностью максимального куска, их применяют главным образом для мелкого дробления. Молотковые дробилки без колосниковых решеток выдают продукт нужной крупности вследствие повышенной частоты вращения ротора. Дробилки для дробления влажных глинистых материалов имеют подвижную отбойную плиту, представляющую собой тяжелый пластинчатый конвейер, встроенный в дробилку. Подачей вязкого материала к ротору исключается забивание дробилки. Молотковые дробилки делают с вращением ротора в одном направлении и реверсивными. Возможность изменения вращения ротора в реверсивных дробилках позволяет двустороннее использование молотков для их поворота без разборки дробилки.

Рис. 8.3.6.1. Классификация молотковых дробилок:
а), б), в) однороторные нереверсивные с колосниковыми решетками; г), д) то же, без решеток;
е), ж) двухроторные с решетками; з) однороторная реверсивная с решеткой;
и), к) то же, без решеток

По числу рабочих валов молотковые дробилки разделяются на одно- и двухроторные. Двухроторные дробилки имеют большие, чем однороторные, размеры загрузочного отверстия, что позволяет дробить в них материал, содержащий куски больших размеров. В молотковых дробилках окружная скорость по концам молотков обычно составляет 35–65 м/с, иногда она достигает 115 м/с. ГОСТ 7090–72 предусматривает для каждого типоразмера молотковых дробилок три значения окружных скоростей: 40, 50 и 65 м/с.

Молотковые дробилки предназначены для крупного, среднего и мелкого дробления материалов, но чаще всего их применяют для среднего и мелкого дробления. В молотковых дробилках достигается степень дробления до 30–40. Они характеризуются высокой производительностью на единицу массы; удельный расход энергии на дробление в них ниже, чем у щековых, конусных или валковых дробилок.

На рис. 8.3.6.1, б приведена схема наиболее распространенной однороторной молотковой дробилки, в которой молотки располагаются на роторе рядами. Для крупного дробления устанавливается меньшее число рядов при более тяжелых молотках, для мелкого дробления — большее число рядов и легкие молотки. Верхняя часть корпуса дробилки футеруется сменными плитами, которые крепятся к корпусу болтами. В нижней части корпуса дробилки размещена колосниковая решетка, поддерживаемая опорами и занимающая 135–180° окружности, описываемой молотками.

Решетка состоит из двух секций: поворотной и выдвижной.

Поворотная секция в верхней части подвешена к корпусу дробилки на двух полуосях, она может поворачиваться с помощью двух регулировочных болтов. Выдвижную секцию в зависимости от характеристики дробимого материала можно выкатывать на катках по направляющим полкам за пределы корпуса или устанавливать под ротором дробилки. Для изменения ширины зазора между молотками и решеткой выдвижная секция поднимается или опускается вместе с направляющими полками с помощью двух эксцентриковых валов. Эти валы поворачиваются вручную через червячные редукторы. Предел регулирования — до 40 мм.

Колосниковая решетка образуется блоками колосников, или отдельными колосниками, или стальным перфорированным листом, свальцованным по радиусу. Щели между колосниками расширяются в сторону разгрузки под углом 10–20°. Они наклонены к радиусу ротора под углом 40–50° в сторону движения материала, что уменьшает залипание решетки при дроблении материалов повышенной влажности. Колосники обычно делают из марганцовистой стали.

Для наблюдения за внутренними деталями дробилки, чистки колосниковой решетки и смены колосников в нижней части корпуса имеются люки.

Молотки делаются из износоустойчивых сталей с наплавкой твердым сплавом; для дробления твердых материалов ставят молотки из марганцовистой стали. В зависимости от свойств дробимого материала и требуемой крупности дробленого продукта применяют молотки различной формы и массы, которая колеблется от 3,5 до 180 кг. Обычно молотки всех форм заменяются после износа с обеих сторон.

Рис. 8.3.6.2. Формы молотков:
а) колосникового типа; б) бандажного типа;
в) скобообразного типа; г) усиленного скобообразного типа

На рис. 8.3.6.2 приведены конструкции молотков, получившие наибольшее распространение. Молотки колосникового типа (рис. 8.3.6.2, а) применяют для дробления хрупких малоабразивных и мягких пород, например угля. Некоторые из молотков имеют два отверстия для посадки на оси. При износе обеих сторон с одного конца, молотки насаживают на оси другим отверстием и срабатывают обе стороны другого конца. Молотки бандажного типа (рис. 8.3.6.2, б) имеют утолщения на рабочем конце и применяются для дробления прочных материалов средней абразивности. Скобообразные молотки (рис. 8.3.6.2, в) применяются при тех же условиях работы, что и молотки колосникового типа. Усиленная скобообразная конструкция (рис. 8.3.6.2, г) используется для дробления прочных материалов. Молотки скобообразной формы работают более эффективно, чем простые колосниковые, но эксплуатация дробилок с молотками такой формы сложнее. При неравномерном износе скобообразных молотков быстро нарушается уравновешенность ротора.

Технические характеристики молотковых дробилок приведены в табл. 8.3.6.1.

Таблица 8.3.6.1

Технические характеристики некоторых однороторных и самоочищающихся
молотковых дробилок (ГОСТ 7090–72)

Показатели

Нереверсивные

Реверсивные

Самоочищающиеся

М6-4Б

М8-6Б

М10-8В

М10-12

М13-16В

М20-21Г

М20-30Г

ДМРЭ

10´10

ДМРИЭ

14,5´13

ДМЭ

17´14,5

СМД-102

ДМЭ

21´8,5

Размеры ротора, мм:

диаметр
длина

 

600

400

 

800

600

 

1000

800

 

1000

1200

 

1300

1600

 

2000

2100

 

2000

3000

 

1000

1000

 

1450

1300

 

1700

1450

 

1700

1450

 

2100

1850

Максимальная крупность кусков в питании, мм

150

250

300

300

300

600

600

80

80

600

600

350

Минимальная ширина выходной щели решетки, мм

25

13

45

45

10

20

20

3–5

3–5

до 20

до 20

Частота вращения ротора, мин–1

1250

1000

950–2580

950–2580

735

490

500

735–1480

1000

492

590

582

Производительность при дроблении известняка, т/ч

12–15

19,5–48

34–54

52–84

150–200

600

850–1000

80–100

до 250

150–500

200–600

500–600

Мощность привода, кВт

17

55

76–120

100–180

260

1000

1250

200

500–700

400

800

920

Масса дробилки, т

1,15

2,7

11

46

60

8,3

18,9

70,6

80

65,6

Роторные дробилки. Схемы роторных дробилок основных типов изображены на рис. 8.3.1.13 и 8.3.6.3. Роторные дробилки бывают одно- и двухроторные с нижней контрольной колосниковой решеткой и без нее. Однороторные дробилки бывают реверсивные и с вращением ротора в одну сторону [ 49] .

Рис. 8.3.6.3. Классификация роторных дробилок:
а) однороторная нереверсивная с колосниковой решеткой; б) то же, без решетки;
в) двухроторная с решеткой; г) то же, без решетки; д) однороторная реверсивная

Отличительной особенностью роторных дробилок, определяющей технологические свойства этих машин (см. 8.3.1), является то, что в ударах по кускам дробимого материала участвует вся масса ротора. Поэтому роторные дробилки можно применять в первой стадии дробления для разрушения крупных кусков сравнительно прочных материалов. Роторные дробилки используют также для среднего и мелкого дробления.

Технические характеристики роторных дробилок даны в табл. 8.3.6.2.

Таблица 8.3.6.2

Технические характеристики однороторных дробилок (ГОСТ 12375–70)

Параметры

СМД-75А

ДРК16Ч12
(СМД-95)

ДРК20Ч16
(СМД-87)

ДРС12Ч12
(СМД-94)

Размеры ротора, мм:

диаметр
длина

 

1000

1000

 

1600

1250

 

2000

1600

 

1250

1250

Наибольший размер загружаемых кусков, мм

300

800

100

375

Регулируемая ширина верхней
и нижней щелей, мм

16–200

16–150

32–320

32–200

40–400

40–250

20–250

20–185

Производительность, м3

135

200

370

210

Мощность привода, кВт

132

160

250

200

Масса, т

8,74

29,3

66,1

17,2

Глубина проникновения (см. 8.3.1) кусков дробимого материала в зону вращающегося ротора влияет на гранулометрический состав дробленого продукта, производительность дробилки, расход энергии при дроблении и износ молотков или бил. Дробящее действие наиболее эффективно, если молотки (била) дробят куски центральными, а не скользящими ударами.

При скользящих ударах наблюдаются обкалывание и истирание кусков в месте ударов, при этом готовый продукт получается с большим содержанием мелких классов крупности, ударные детали (молотки или била) быстро изнашиваются, истираясь по верхней поверхности, производительность дробилки снижается. Проникновение кусков в зону вращающегося ротора на глубину не менее 0,6 максимального размера куска при дроблении в молотковых дробилках или на глубину, равную высоте била, при дроблении в роторных дробилках обеспечивает разрушение кусков центральными ударами. Молотки и била наносят удары боковой поверхностью своей рабочей части. Содержание тонких классов в дробленом продукте меньше, а производительность дробилки выше, чем при дроблении скользящими ударами.

Необходимая глубина проникновения дробимого куска в зону вращающегося ротора обеспечивается скоростью его падения при загрузке его в дробилку (см. уравнение (8.3.1.5)).

В роторных дробилках высота била обычно менее 0,6 максимального размера куска, поэтому в них все куски, достигшие тела ротора, попадают под центральные удары молотков. Однако особенности формы тела ротора дробилок приводят к тому, что не все куски могут попасть под эффективные центральные удары.

Чтобы эта часть кусков не выходила из камеры дробления нераздробленной, устанавливают отражательные плиты или отражательные решетки, удерживающие такие куски до тех пор, пока они не попадут под центральный удар.

Диаметр ротора определяется размером максимального куска в исходном материале и производительностью дробилки. Для молотковых дробилок по ГОСТ 7090–72 диаметр ротора Dp больше диаметра максимального куска в 3,2–4 раза. Наибольшее значение относится к малым дробилкам (диаметр до 600 мм).

Для роторных дробилок крупного дробления по ГОСТ 12375–70 диаметр ротора Dp больше диаметра куска в 1,7–2 раза; меньшее значение относится к самым большим дробилкам.

Для роторных дробилок среднего и мелкого дробления по ГОСТ 12376–71 диаметр ротора Dp больше диаметра куска в 3,3 раза. По условиям производительности и загрузки длина ротора L по соответствующим ГОСТам принимается соразмерной с его диаметром Dp: для молотковых дробилок — L : Dp = 0,7 ¸ 1,5; для роторных среднего и мелкого дробления — L : Dp = 1; для роторных крупного дробления — L : Dp = 0,8.

Теоретический расчет мощности молотковых и роторных дробилок пока не разработан. Мощность приводного электродвигателя определяют по следующим эмпирическим формулам, в которых мощность (кВт) зависит от размеров ротора (Dр и L) и частоты его вращения п:

(8.3.6.1)

(8.3.6.2)

Формула (8.3.6.1) применяется для угольных дробилок. Формула (8.3.6.2) дает результаты, согласующиеся с мощностями, приведенными в ГОСТ 7090–72.

Для роторных дробилок эмпирические формулы связывают мощность (кВт) приводного электродвигателя только с размерами ротора:

(8.3.6.3)

В формулах (8.3.6.1)–(8.3.6.3) Dp и L выражены в метрах. Формула N = 80DpL дает результаты, соответствующие приведенным в ГОСТ 12375–70.

Для роторных дробилок среднего и мелкого дробления установленная мощность, подсчитанная по формуле (8.3.6.3), несколько ниже, чем указано в ГОСТ 12376–71. Удовлетворительное совпадение мощности для этих дробилок дает формула N = 120DpL.

Производительность молотковых и роторных дробилок зависит от конструкции и механических параметров дробилки, т. е. от диаметра, длины и частоты вращения ротора, числа, массы и формы молотков, расположения и профиля отбойных плит, способа загрузки и глубины проникновения кусков в зону ротора. Производительность зависит также от физических свойств дробимого материала: прочности, характеризуемой временным сопротивлением сжатию и растяжению, или дробимости (измельчаемости) ударом, содержания глинистых веществ, влаги, крупности исходного и дробимого продукта (степени дробления). Многочисленность количественно трудно оцениваемых факторов и недостаточность опытных данных при большой изменчивости дробимых материалов не позволяют теоретически рассчитать производительность молотковых и роторных дробилок.

Производительность, степень дробления и потребляемая мощность взаимосвязаны. При дроблении данного материала в данной дробилке при той же мощности привода увеличение производительности по исходному материалу уменьшает степень дробления, и наоборот.

Производительность Q по массе молотковых дробилок, работающих в открытом цикле, пропорциональна мощности электродвигателя Nдв и обратно пропорциональна удельному расходу энергии

,

где k — коэффициент пропорциональности; — удельный расход энергии, кВт · ч/т; kло — коэффициент размолоспособности (kло= 1¸ 1,7 — для углей; kло ≈ 0,3 — для известняка); и остаток на сите 5 мм в исходном материале и продукте дробления соответственно; Nдв — определяется по формулам (8.3.6.1) — (8.3.6.3).

Зависимость между номинальной крупностью известняка dн и размером сита, на котором остаток равен 5 %, приведена в табл. 8.3.6.3.

Таблица 8.3.6.3

Суммарный остаток R5на сите 5 мм
при различной номинальной крупности материала

Номинальная крупность
известняка, dн, мм

Остаток
на сите 5 мм, R5, %

5

5

8

22

10

35

13

46

16

56

20

66

25

73

35

82

50

89

100

95

200

98

Другой метод расчета производительности основан на формуле Бонда (8.2.5.5).

Ударно-отражательные дробилки. В 1980-е гг. в России и за рубежом появились новые ударно-отражательные дробилки [ 64] (табл. 8.3.6.4). Принципиальная схема одного из типов таких машин, разработанного в НПО «ЦЕНТР»
(г. Минск), «Титан-Д» представлена на рис. 8.3.6.4.

Рис. 8.3.6.4. Схема мельницы «Титан-Д»:
1 — загрузка материала; 2 — центробежный ускоритель частиц;
3 — камера измельчения; 4 — подушка из измельчаемого материала; 5 — поток частиц, выбрасываемых центробежным ускорителем;
6 — предохранительный узел на случай аварийного отключения подачи воздуха в воздушную опору; 7 — ротор; 8 — статор;
9 — вал; 10 — выход измельченного продукта;
11 — выход воздуха; 12 — вентилятор

Таблица. 8.3.6.4

Технические характеристики дробилок «Титан-Д»

Параметры

Титан Д-125

Титан Д-160

Титан Д-250

Производительность, т/ч*

До 150/220

До 250/330

До 500/650

Крупность питания, мм**

До 60/100

До 70/110

До 100/150

Установленная мощность, кВт

110–200

160–315

315–500

Скорость удара, м/с

35–100

35–100

35–100

Габаритные размеры, м:

длина ´ ширина ´ высота

2,9 ´ 2,6 ´ 3,44

3,9 ´ 3,2 ´ 3,7

6,2 ´ 4,3 ´ 4, 5

Масса, т

9

15

30

* Производительность указана: в числителе — для замкнутого цикла, в знаменателе — для открытого.

** Крупность питания через ротор (в числителе) и через рудный карман (в знаменателе).

Благодаря оригинальной и простой по конструкции воздушной опоре вращающийся на воздушном подвесе ротор дробилки или мельницы «Титан» не вызывает вибраций и не требует массивных фундаментов. Воздушная опора позволяет реализовать на практике машины с высокими окружными скоростями. При этом допустимый уровень неуравновешенной массы ротора на порядок выше, чем у существующих аналогов с традиционными подшипниковыми узлами (до 2,5 кг против 250 г).

Использование в конструкции дробилок высококачественных твердосплавных и закладных элементов, а также самофутеровка большинства элементов дробимым материалом (в основном при дроблении), позволили значительно снизить затраты на износ.

Возможность варьирования окружных скоростей ротора в диапазоне от 35 до 120 м/с позволяет создать различные по своему функциональному назначению дробилки и мельницы:

для грануляции (щебня) 35–45 м/с;

для дробления 45–65 м/с;

для измельчения 65–120 м/с.

Центробежные дробилки ЗАО «Новые технологии» могут комплектоваться ускорителями диаметром до 2,5 м и иметь окружные скорости на них свыше 120 м/с. В этом случае, при компоновке их совместно с воздушными классификаторами, они превращаются в мельницы.

Роторно-цепные дробилки [ 65] . В г. Могилев (Беларусь) сконструирована оригинальная ударная роторно-цепная дробилка. В основу конструкции (рис. 8.3.6.5) положен принцип многоярусной дробилки с вертикальной осью вращения рабочего органа. Однако в качестве рабочих элементов применены цепи или шарнирно закрепленные (по два и более) пластинчатые ударные элементы. Между рядами ударных элементов установлены отбойные элементы, предотвращающие проскоки недодробленного материала вдоль стенок корпуса и возвращающие материал вновь в зону обработки.

 

Рис. 8.3.6.5. Роторно-цепная дробилка «Млын Д»:
1 — загрузочный патрубок; 2, 3 и 5 — отбойные элементы;
4 — била; 6 — ротор; 7 — разгрузочный патрубок;
8 — клиноременная передача;
9 — электродвигатель; 10 — корпус

Схема ударного взаимодействия, реализуемая в роторно-цепной дробилке, представлена на рис. 8.3.6.6. Ударное усилие бил Fуд во много раз превышает силу инерции дробимого куска Fин, в результате чего осколки дробления, приобретая значительную кинетическую энергию, разлетаются в разные стороны, способствуя самоочищению рабочей поверхности ударных элементов и корпуса дробилки.

Попадание недробимых включений не приводит к разрушению рабочего органа, так как ударный элемент отклоняется в сторону, не препятствуя его прохождению.

Рис. 8.3.6.6. Схема ударного нагружения куска материала в роторно-цепной дробилке

На рис. 8.3.6.7 представлен один из вариантов выполнения рабочего органа в виде соединенных по два или более ударных элементов, шарнирно скрепленных между собой и с ротором.

Рис. 8.3.6.7. Вариант выполнения ударного элемента:
1 — ротор; 2 — пальцы; 3 — ударные элементы; 4 — била

Такая конструкция бил дробилки позволяет не только повысить степень дробления, но и существенно снизить энергозатраты на процесс дробления.

Прочность разрушаемого куска материала значительно (на 30–40 %) уменьшается при нанесении удара сразу по нескольким плоскостям. Это объясняется тем, что в случае многоточечного приложения разрушающего усилия возрастает «опасный» объем материала, концентрация дефектов структуры в котором достигает критического значения.

Изменение диаметра куска дробимого материала по мере продвижения вдоль оси дробилки диктует необходимость уменьшения толщины пластинчатых ударных элементов и зазора между ними. Это обеспечивает соответствие геометрии частицы геометрии рабочего органа. Например, при дроблении кускового материала с исходной крупностью 80–150 мм до конечной крупности 1–3 мм размер (толщина) ударных элементов изменяется по высоте дробилки от 10–20 мм до 1–3 мм.

Так как основу механического усилия разрушения составляет энергия удара, то основными параметрами регулирования являются масса ударных элементов и линейная скорость их движения. Линейная скорость конца била в традиционных дробилках составляет 30–60 м/с, что гарантирует крупное и среднее дробление, для мелкого дробления такая скорость часто недостаточна. В зависимости от технологической задачи каждый типоразмерный ряд роторно-цепных дробилок «Млын» при одном и том же диаметре корпуса имеет различную частоту вращения — от 500 до 3000 мин–1. С ростом частоты вращения растут требования, предъявляемые к качеству изготовления и монтажа ротора. Однако как с энергетической, так и с экономической точек зрения, более выгодно повышать частоту вращения, нежели диаметр конуса. Затраты мощности на преодоление сопротивления движению рабочего органа в среде прямо пропорциональны кубу частоты вращения и пятой степени диаметра ротора.

Наиболее подвержены износу концы ударных элементов и корпус дробилки. Самым распространенным методом защиты корпуса от износа является его футеровка броневыми плитами из марганцовистых сталей. Выполнение ударных элементов из коротких шарнирносочлененных звеньев также позволяет использовать быстросъемные броневые насадки на концах рабочих звеньев, таких как клин, сегмент, пластины или цепи. Высокая угловая скорость газодисперсного потока в дробилке обусловливает движение материала в тонком кольцевом слое у стенок. Отрыв материала от стенок и его возврат в зону действия ударных звеньев осуществляется отбойными элементами, смонтированными между рядами бил у стенок корпуса. Большую роль в управлении износом играет правильный выбор зазора между концом била и корпусом. Он должен составлять 3–5 диаметров осколков дробления на данном уровне. Малый зазор приводит к повышенной скорости износа. Разработаны конструкции роторно-цепных дробилок, позволяющие выводить из зоны дробления не только пылевидные частицы, но и частицы заданной крупности (3, 5, 10, 15 мм и т. д.).

Возможно также совмещение процессов дробления и смешивания. При одновременном дроблении нескольких компонентов, например песка и комовой извести, происходит хорошее их распределение в объеме смеси. Спиралеобразный жгутовый характер движения компонентов смеси, переворачивание слоя на отбойных плоскостях и ударное внедрение (втирание) их друг в друга обеспечивают высокую степень перемешивания.

Рассмотренные технологические особенности роторно-цепных дробилок «Млын» обусловливают широкие возможности их применения для обработки различных материалов.

Разработанный типоразмерный ряд дробилок «Млын» (Д-400, Д-700, Д-1000, Д-1800) охватывает диапазон производительностей от 1 до 50 т/ч по готовому продукту класса 3 мм.

Для ПО «Экостром» (г. Киев) разработана установка для сушки и дробления карьерной глины перед полусухим прессованием кирпича. Производительность по готовому продукту 8–10 т/ч, исходная влажность материала 18–20 %, конечная — 6–8 %. Установка позволяет выделять из готового продукта недробимые каменистые включения. Производственный объем установки вместе с двухступенчатой системой пылеочистки составляет 520 м3 при высоте 8 м.

На МП «Прогресс» (г. Запорожье) дробилки типа «Млын Д-700» эксплуатируются в подготовительных операциях сырья для производства кирпича и строительных блоков. Они используются для дробления доменных граншлаков (дают 20 % готового продукта крупностью 200 мкм после первого прохода), для дробления глины и для смешивания и дробления комовой извести и песка.

Нашли применение дробилки «Млын» и в сельском хозяйстве. Здесь они используются для переработки гранулированных комбикормов (птицефабрики г. Волгограда и г. Молодечно), для дробления ракушечника (МП «Меридиан», г. Анапа).

В НТО «Гурт» (г. Могилев) и в Госуниверситете (г. Гомель) дробилки используются для селективного процесса разрушения отходов абразивного камня. В этом процессе важно было сохранить целостность абразивного зерна и разрушить связующий материал. После первого прохода 75–78 % исходного абразивного зерна выделяется в готовый продукт класса 400–500 мкм. Отсевы мельче 100 мкм в основном представляют собой тонкоизмельченную керамическую массу, которую можно сразу отдувать. Микроскопический анализ показал хорошую сохранность исходного зерна электрокорунда, достаточную для повторного его использования в абразивном инструменте.

Хорошие результаты получены при дроблении минералов кальциевой группы: кальцитов, баритов, мрамора, доломита, известняков и др. При дроблении барита исходной крупностью 10–20 мм наблюдается хорошее выделение железистых кварцитов, что указывает на перспективность использования дробилок «Млын» в обогащении руд.

Хрупкие материалы, например стеклобой, с исходных размеров, равных размеру бутылки из-под шампанского, измельчаются по желанию заказчика практически до любой конечной крупности — от 20–30 мм до 100 мкм (МП «Компакт», г. Могилев; МП «Прогресс», г. Москва).

В НТО «Гурт» (г. Могилев) роторно-цепные дробилки «Млын» используются для дробления боя красного кирпича в засыпочный материал теннисных кортов. Готовый продукт имеет полидисперсную структуру окатанной формы, гарантирующую хорошее качество покрытия на его основе. Наиболее вероятной областью эффективного использования дробилок «Млын» могут стать высоковлажные карьерные и рудные материалы, склонные к налипанию, и хрупкие материалы твердостью до 16 единиц по шкале проф. Протодьяконова, требующие очень мелкого дробления или селективного разрушения.