Обладнання для здрібнювання твердих матеріалів

2.1 Загальні положення

Тверді реагенти й матеріали, особливо ті, що транспортуються навалом, часто надходять до споживача у вигляді шматків різної величини. Деякі матеріали злежуються через наявність надлишкової вологи (пісок, сульфат алюмінію). Один із найбільш широко використовуваних реагентів - негашене вапно - у переважній більшості випадків поставляється у вигляді грудок.

Кускові матеріали незручні для роботи, особливо у випадках бункерного зберігання й використання пневмотранспорту.

Крім того, відомо, що швидкість як хімічних, так і дифузійних процесів, що протікають за участю твердої фази, підвищується при збільшенні її питомої поверхні. Збільшити питому поверхню можна, зменшуючи розміри шматків, тобто шляхом здрібнювання.

Здрібнювання матеріалів здійснюють шляхом роздавлювання, розколювання, розтирання, удару (рис. 2.1).

Процеси здрібнювання умовно підрозділяють на дроблення (грубе, середнє, мілке), і розтирання (тонке й надтонке).

Той або інший вид впливу на твердий матеріал приймають залежно від його фізико-механічних властивостей і розмірів.

Так, тверді й тендітні речовини подрібнюють роздавлюванням, розколюванням і ударом, а тверді й пластичні матеріали - роздавлюванням і розтиранням, або ударом і розтиранням.

Дроблення матеріалів здійснюють зазвичай сухим способом, тонке здрібнювання часто проводять мокрим способом, тобто з використанням води.

Результат здрібнювання характеризується ступенем здрібнювання

- відношення середнього характерного розміру шматка до здрібнювання до середнього характерного розміру шматка після здрібнювання.

Середній характерний розмір часточок визначають як середньозважене з результатів ситового аналізу (просівають через набір сит із каліброваними отворами, зважують кожну фракцію).

У більшості випадків потрібні високі ступені здрібнювання. У той же час часто розміри шматків вихідного матеріалу досягають 1500 мм, а розміри часточок після розмелу повинні бути частки міліметра або навіть мікрона. Такі ступені здрібнювання досягаються при здрібнюванні в кілька стадій.

Залежно від розмірів найбільш великих шматків вихідного й здрібненого матеріалу орієнтовно розрізняють наступні види здрібнювання:

Таблиця 2.1 - Види здрібнювання за розмірами часток

Вид здрібнювання	Розмір шматків до здрібнювання, δп, мм	Розмір шматків після здрібнювання, δк, мм	Ступінь розмелу, і
Крупне дроблення	1500 – 300	300 – 100	2 – 6
Середнє дроблення	300 – 100	50 – 10	5 – 10
Дрібне дроблення	50 – 10	10 – 1	10 -50
Тонке здрібнювання	10 – 1	2 – 75·10-3	~ 100
Надтонке здрібнювання	10 – 75·10-3	75·10-3 – 1·10-4

Дроблення й особливо здрібнювання - процеси досить енергоємні, тому головний принцип тут - не подрібнювати нічого зайвого. Тобто, перед подачею матеріалу на дробарку або млин необхідно відсіяти попередньо дрібні фракції, що не потребують подальшого дроблення.

За принципом руйнування вихідного матеріалу машини для здрібнювання можна розділити на 3 групи: що роздавлюють, ударної й ударно -розтираючої дії.

До першої групи ставляться щокові, конусні й валкові дробарки; до другої - молоткові дробарки, і до третьої - кульові або стрижневі млини.

Основні принципи добору встаткування для дроблення.

Дробарки характеризуються наступними показниками:

G – продуктивність, кг/година, або V, м³/с

σ_сж. - межа міцності матеріалу, що подрібнюється, на стиск, МПа

δ_н – максимальний розмір шматка, що завантажується, (м, мм)

і - ступінь здрібнювання

а - ширина щілини, мм.

Орієнтовний вибір дробарок можна зробити по таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 - Характеристики дробарок

Характеристики машини	Тип машини
	Молоткові	Конусні	Валкові			Щокові
			зубчасті	рифлені	гладкі
σсж.max, МПа	8	350	80	250	400	350
δп. max, м	0,6	1,2	1,2	0,06	0,075	1,3
і	10 – 30	4 – 8	6 – 10	3 – 5	3 – 5	4 – 6

Дробарки у таблиці розташовані в порядку убування продуктивності.

2. 2 Крупне дробіння

Щокові дробарки

У щоковій дробарці матеріал подрібнюється шляхом роздавлювання в поєднанні з розколюванням між рухливою й нерухомою щоками.

При обертанні ексцентрикового вала щока (2) то наближається, то віддаляється від щоки (1). При зближенні відбувається дроблення, при розбіганні - вивантаження матеріалу під власною вагою. Для полегшення холостого ходу до нижньої частини щоки (2) прикріплена тяга (7) із пружиною (8).

Ширина випускного отвору, а отже, і ступінь здрібнювання, регулюється шляхом взаємного переміщення клинів (9).

Робочі плити щік швидко зношуються, тому вони виконуються зі спеціальних сталей (марганцевистих або хромистих), знімними у вигляді ребристих плит.

Задня розпірна плита виготовляється зі сталі зниженої міцністі, бо вона призначена для убезпечення дробарки від поломки у випадку влучення дуже твердих матеріалів. При цьому вона (плита) ламається, і твердий шматок провалюється вниз. Плита (6) знімна, швидко заміняється.

У деяких конструкціях щокових дробарок рухлива щока рухається не тільки до нерухомої, але ще й униз, убік розвантаження. При цьому досягається не тільки роздавлювання й розколювання матеріалу, але й розтирання, що дозволяє трохи збільшити ступінь здрібнювання матеріалу.

Основними достоїнствами щокових дробарок є простота й надійність конструкції, широка область застосування, компактність і легкість обслуговування.

Основні недоліки: сильний шум і вібрація, часті перебої в роботі через поломку окремих деталей, забивання робочого простору матеріалом при нерівномірній його подачі.

Молоткові дробарки. Молоткова дробарка складається з корпуса, футерованого сталевими плитами. На обертовому горизонтальному валу насаджені диски. Між дисками шарнірно кріпляться молотки. Дроблення відбувається під дією удару молотків об матеріал, а також від ударів матеріалу об сталеві плити й між собою.

Матеріал додатково подрібнюється шляхом роздавлювання й розтирання на колосниковій решітці, через яку здрібнений матеріал розвантажується, падаючи вниз (рис. 2.3).

Ступінь здрібнювання -10 … 30.

Крім однороторних (з одним валом) випускають також двохроторні дробарки (із двома валами) та інші модифікації: із шістьома закріпленими молотками, багаторядні.

Продуктивність молоткової дробарки орієнтовно можна порахувати по формулі:

(2.1)

де D – діаметр ротора, м; L - довжина ротора, м; n – частота обертання, сек^-1; к - емпіричний коефіцієнт, к = 4…6,2; і - ступінь здрібнювання.

За моментом інерції дробарки випускають із молотками трьох типів (рис. 2.4).

Оптимальна величина зазору колосникової решітки визначається співвідношенням

а ≥ 2 δ_{к. max} (3, 5, 8, 13, 20, 32, 50 мм), де δ_{к. max =} δ_н.max/ і

Молоткові дробарки - найпоширеніший тип дробарок, і широко використовуються на спорудах водопроводу й каналізації.

Так, для здрібнювання вапна використовуються дробарки типу С-559, СМ-431, СМ-19Д - Костромського заводу «Строймашина»; ДМШ - Донецький машинобудівний завод; ДМ-300, ДМ-600 - Мосводоканалпроект і ряд інших типів. Вони мають деякі конструктивні відмінності, але всі працюють за одним принципом.

Дробарки даного типу широко застосовуються для дроблення вапна, вугілля, для роздрібнення покиді на каналізаційних очисних спорудах.

Конусні дробарки. Здрібнювання матеріалу в конусних дробарках відбувається роздавлюванням його при зближенні поверхонь внутрішнього і зовнішнього (нерухомого) конусів.

Якщо в щоковій дробарці вплив на матеріал періодичний, то в конусних - безперервний.

У конусних дробарках грубого помелу (рис. 2.5, а) крутий рухливий конус приводиться в

рух навколо осі валом - ексцентриком за допомогою конічної шестірні. Мінімальна відстань між конусами в нижній частині визначає розмір часток після дроблення.

Для середнього й дрібного помелу конструкція дробарок трохи інша, вони мають більш пологий конус (рис. 2.5, б). Тут обидва конуси розміщені більшою основою донизу. Природно, що в дробарки такої конструкції може завантажуватися матеріал значно меншої крупності. Але через те що конусність отвору менше, можливе досягнення більшого ступеня здрібнювання.

В обох типах конусних дробарок передбачена можливість автоматичного підйому частини дробарки нагору у випадку влучення твердих (металевих) предметів, для убезпечення від поломки.

Конусні дробарки мають істотні переваги перед щоковими: висока продуктивність, значно менший рівень шуму, більша однорідність помелу.

Недоліками конусних дробарок у порівнянні зі щоковими або молотковими є більш складна й дорога конструкція, більша висота, більш складне обслуговування.

Продуктивність щокових і конусних дробарок поки не має задовільного математичного опису. Величина продуктивності визначається шляхом випробування машини при роздрібненні матеріалів середньої міцності.