Дробление в конусных дробилках

Процесс дробления в конусных дробилках осуществляется раздавливанием, раскалыванием, изломом, истиранием в рабочей камере, образованной между неподвижным 1 (рис.) и подвижным 2 конусами при последовательном перемещении зоны дробления по окружности неподвижного конуса. Дробленый материал разгружается под действием собственного веса через выходную щель, которая имеет максимальную ширину b. В отличие от щековых дробилок в конусных процесс дробления и разгрузки осуществляется непрерывно и одновременно.

При смыкании конусов ширина разгрузочной щели становится минимальной, равной b_о. Ход подвижного конуса равен эксцентриситету s=e, следовательно, b_o=b-s. Максимальный размер куска материала, подаваемого в загрузочное отверстие, принимают равным D_max=0,85B.

Основными параметрами конусных дробилок определяющими режим и эффективность процесса дробления являются:

— угол захвата;

— частота вращения (качения) подвижного конуса;

— диаметр, эксцентриситет и ход подвижного конуса;

— усилие дробления и потребляемая мощность.

Угол захвата конусных дробилок а - угол между образующими неподвижного и подвижного конусов. Угол а₁ наклона образующей неподвижного конуса = 17⁰10', подвижного α₂ = 9°30'.

Схема измельчения в конусной дробилке крупного дробления:

1 - неподвижный конус;

2 - подвижный конус;

3 - ось вертикального вала;

4 - ось подвижного конуса;

5 - коническая пара привода.

 

 

Теоретическая объемная производительность дробилки определяется по формуле, м³:

Q = πμ(D_н – B)(b₀ + e)en / tg a (3.25)

где µ - коэффициент разрыхления измельчаемого материала, µ =0,45;

D_H - диаметр основания неподвижного конуса, м.

Эффективность дробления зависит от крупности кусков материала, подаваемых в дробилку; в верхней части камеры дробления, ввиду малой величины хода подвижного конуса и наличия большого количества дефектов структуры в кусках материала (трещины, раковины, включения мягких материалов и т.п.) процесс дробления осуществляется неэффективно.

Крупные куски материала многократно захватываются между дробящими конусами, прежде чем происходит их разрушение. В результате этого рабочая камера по вертикали не заполняется материалом, что в целом приводит к существенному снижению производительности дробилок. В ходе промышленной эксплуатации конусных дробилок установлено, что рабочая камера, ввиду зависания крупных кусков в верхней части, заполняется только на 25-35 % измельчаемым материалом.

Способы повышения производительности дробилок:

1. Уменьшение угла а захвата в нижней части рабочей камеры за счет придания криволинейного очертания футеровке ® увеличивается коэффициент заполнения рабочей камеры ® производительность возрастает до 20 %.

2. Работа под завалом ® увеличивается коэффициент заполнения рабочей ка­меры ® производительность возрастает до 20 %.

3. Увеличение частоты вращения подвижного конуса ® меняются условия процесса дробления: увеличивается кинетическая энергия вращающихся масс, участвующих в процессе дробления ® динамические процессы разрушения материала в стопорных режимах протекают более интенсивно. Однако, существенное увеличение частоты вращения подвижного конуса в существующей конструкции дробилки приведет к повышению нагрузок в узлах трения, а, следовательно, и снижению ее эксплуатационной надежности. Поэтому необходимо выбирать оптимальную величину частоты вращения подвижного конуса, при которой не произойдет существенных изменений нагрузок в опорно-ходовой части привода дробилки.

4. Увеличением ширины разгрузочной щели при равном размере исходного материала. Например, при размере куска исходного материала, равном 650 мм, и ширине разгрузочной щели, равной 300 мм, производительность дробилки равна 5000 т/ч, а при ширине щели b = 17 мм - 2200 т/ч, т. е. при увеличении степени измельчения с 2,11 до 38,23 (в 18,1 раза) производительность дробилки снижается в 2,27 раза.

Зависимость производительности Q конусной дробилки крупного дробления от размера кусков материала при различной ширине разгрузочной щели: 1 – b =300 мм; 2 –b = 180 мм; 3 - b=219 мм; 4-b=17 мм.

 

Процесс дробления в конусных дробилках мелкого дробления отличается от процесса дробления в конусных дробилках крупного дробления. Это объясняется спецификой работы и конструктивными особенностями камеры дробления.

Существенным отличием профиля рабочей камеры является наличие зоны параллельности между наружным и внутренним подвижным конусами. Вследствие этого в процессе дробления к зоне параллельности подходит более подготовленный материал, размер которого на 10 - 15 % больше ширины зоны параллельности.

В зоне параллельности, благодаря ударно-вибрационному воздействию конусов на измельчаемый материал, происходит его разрыхление и разрушение.

Пропускная способность камеры дробления у конусных дробилок мелкого дробления (поперечный профиль):

1 - наружный конус;

2 - внутренний конус;

3 - поперечное сечение камеры дробления;

l - длина зоны параллельных конусов;

b₁ b₂, b₃ -ширина разгрузочной щели, b₁ < b₂< b₃.

 

На рис. представлена схема камеры дробления и графическая зависимость пропускной способности характерных зон рабочей камеры при различной ширине разгрузочной щели.

Из графиков следует, что зона дробления забивается, т. е. пропускная способность при продвижении материала к зоне параллельности резко снижается и в начале зоны параллельности она минимальная, что создает условия забивания камеры дробления. Следовательно, входная производительность дробилки не должна превышать пропускную способность зоны параллельности.

Исключить запрессовку, не снижая существенно входную производительность, можно за счет подбора (предварительной классификации) гранулометрического состава подаваемого на дробление материала.

Опыт промышленной эксплуатации показывает, что при содержании в исходном продукте до 15 % кусков, крупность которых больше минимальной ширины загрузочного отверстия, обеспечивается эффективное ведение процесса дробления без зависания.

 

Функции N/Q=f(i) носят экстремальный характер с одной точкой минимума, т.е. при любой степени измельчения i с увеличением производительности Q дробилки удельный расход энергии сначала снижается до минимального значения, а затем возрастает. Например, при степени измельчения, равной i₃ (рис. 3.13, в) удельный расход энергии снижается с 0,35 до 0,18 кВт·ч/м³, а производительность Q возрастает, соответственно, с 20 до 150 м³/ч. Последующее увеличение производительности Q до 200 м³/ч при той же степени измельчения, равной i₃, приводит к увеличению удельного расхода энергии до 0,2 кВт·ч/м³. Это объясняется тем, что в рабочей камере дробилки одновременно находится большее количество кусков дробимого материала, увеличивается площадь их контакта с дробящим конусом, возрастает работа дробления и прямо пропорционально работе дробления возрастает потребляемая мощность N при забивании камеры дробления и минимальном удельном расходе энергии.

Оптимизация процесса дробления в конусных дробилках может осуществляться по нескольким параметрам, в частности, по минимизации удельного расхода энергии, т.е. N/Q→min. Из графика (рис. 3.13, в) следует - чем выше степень измельчения i, тем ниже удельный расход энергии, причем производительность дробилки снижается незначительно.

Функция N=f(i) - прямолинейная, a N=f(Q) - гиперболическая. Это очевидно и подтверждается выше сделанными выводами в отношении особенностей процесса дробления в конусных дробилках мелкого дробления.

Функции R=f(z) убывающие, близки к прямолинейным. У любого типа конусных дробилок с увеличением соотношения d/b доля крупных фракций в готовом продукте возрастает, т. е. R снижается.