Главная

Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Физические и теоретические основы процессов измельчения твердых тел.


Измельчением называется процесс многократного разрушения кусков твердого материала под действием внешних нагрузок. В результате процесса измельчения многократно увеличивается удельная поверхность измельчаемого материала, что может значительно интенсифицировать процессы массопередачи (адсорбция, растворение, выщелачивание), химические реакции (горение угольной пыли), технологические процессы в псевдоожиженном слое и т.д

Основные способы измельчения твердых тел (рис. 4):

- удар;

- раздавливание;

- истирание;

- раскалывание;

- резание.

Рис. 4. Способы измельчения твердых тел: а-стесненный удар; б-свободный удар; в-раздавливание; г-истирание; д-раскалывание; е-резание.

 

В каждой измельчающей машине присутствуют практически все способы, но каждая из машин спроектирована под тот или иной наиболее эффективный метод для выбранной технологии.

При ударе твердый кусковой материал разрушается от динамических ударных нагрузок. Различают стесненный и свободный удары. Измельчение ударом имеет место в роторных и молотковых дробилках, молотковых и струйных мельницах, дезинтеграторах и частично в шаровых барабанных мельницах.

При раздавливании кусковой материал разрушается преимущественно под воздействием статического сжатия. В чистом виде раздавливание осуществляется лишь в щековых дробилках, в остальных машинах оно сопровождается истиранием.

При истирании разрушение происходит в основном от напряжений сдвига. Истирание часто и рационально сочетается с раздавливанием. Этот эффект используется в среднеходовых мельницах (валковых и шаровых барабанных), бегунах, валковых и конусных дробилках.

При раскалывании в кусковом материале преобладают напряжения изгиба. Этот способ используется в дискозубых дробилках для измельчения крупных вязких глинистых материалов.

Отношение значений удельной поверхности сыпучего материала после измельчения S и до измельчения Sо называется степенью или кратностью измельчения i:

i=S/S0.

Поскольку определение удельной поверхности реальных полидисперсных смесей промышленных сыпучих материалов достаточно сложно, на практике за степень измельчения принимается величина отношения характерных размеров кусков материала до и после измельчения: i = dн /dк

где dн – эквивалентный диаметр кусков материала до измельчения;

dк – эквивалентный диаметр кусков материала после измельчения.

Основные стадии дробления и измельчения.

Величина степени измельчения i в значительной степени определяет выбор дробильно-размольного оборудования и его параметры. В промышленных условиях с целью обеспечения высокой эффективности измельчения исходного материала от начальной до конечной крупности этот технологический процесс чаще всего реализуется в несколько стадий с последовательным переходом от крупного дробления к более мелкому и последующему помолу с постадийным разделением сыпучего материала по классам. Таким образом каждая стадия проводится на отдельном измельчителе, тип которого соответствует получению сыпучего материала требуемого фракционного состава.

Степень измельчения i на одном типе размольного оборудования может находиться в пределах 5 – 50. Поэтому при значительных общих степенях измельчения, например dк/dн=300 (где dн = 900 мм, dк =3 мм, i = 900/3 = 300). Можно применить, в частности, такие стадии дробления: i1 = 5, i2 = 6 и i3 = 10. В этом случае iобщ = i1* i2* i3 = 5*6*10 = 300.

Таблица 2

Стадии дробления и измельчения

 

 

Стадии Максимальный размер куска (зерна), мм
До измельчения После измельчения
Дробление: Крупное Среднее Мелкое Измельчение Крупное Среднее Тонкое Сверхтонкое   ≥500 100…500 50…100   20…100 5…50 1,0…10 0,1…1,0   100.. 400 20... 100 4. ..20   1,0. ..4,0 0,1...1,0 0,01...0,1 <0,01

 

При проектировании или выборе готового дробильно-размольного оборудования необходимо знать прочность измельчаемого материала, т.е. его способность сопротивляться разрушению под действием внешних силовых факторов.

Прочностные характеристики измельчаемых материалов оценивают пределами прочности при сжатии σсж, растяжении - σр, определяемые экспериментальным путем по величине разрушающего усилия при испытании образцов кубической или цилиндрической формы при одноосном нагружении.

Существует классификация материалов в зависимости от значений предела прочности на сжатие σсж (МПа):

мягкие – σсж < 10 МПа;

средней прочности – σсж =10÷50 МПа;

прочные – σсж > 50 МПа.

Для добываемых природных материалов характерна большая неоднородность структуры и разброс механических свойств. Это является следствием анизотропии исходных материалов, наличия инородных включений, различной пористости, влажности и других дефектов. Так модуль упругости Е и σсж меняется в пределах 25÷30%. Тем не менее, при расчете усилий и энергозатрат связь нормальных напряжений σсж с деформацией ε описывают законом Гука σ = ε·Е, вводя в расчет усредненное значение модуля упругости материала Е.

Теории измельчения.

Основным вопросом теории измельчения является выявление зависимости между энергозатратами и степенью измельчения, формой и гранулометрическим составом получаемых дисперсных частиц, их физико-механическими свойствами и т.д. Многофакторность процесса измельчения, стохастичность (случайный характер) свойств измельчаемых материалов привели к тому, что существующие теории измельчения являются приближенными, учитывающими лишь наиболее важные рабочие параметры процесса измельчения и характеристики материала.

1. Теория П.Реттингера (1867г.): работа А при измельчении материала пропорциональна площади вновь образованной поверхности ΔF, т.е.

А = К1∙ΔF, где К1 – коэффициент пропорциональности

Теория Реттингера не учитывает затраты энергии на упругую деформацию дробимых тел, предшествующую их разрушению, и связывает расход энергии с конечным результатом процесса измельчения – степенью измельчения i. Эта теория адекватна (применима) в основном при мелком дроблении и помоле материалов.

2. Теория В.Л.Кирпичева (1874г.) и Ф.Кика (1885г.) оценивает энергию, расходуемую на упругое деформирование материала и следовательно к объему ΔV дробимого материала. Теория больше подходит для описания процесса крупного дробления

А = К2∙ΔV

Условность рассмотренных теорий измельчения заключается в сложности переноса теоретических результатов на процессы измельчения реальных промышленных материалов, обладающих множеством различных физико- механических характеристик неучтенных описанными теориями.

 

Общая классификация дробилок.

Общая классификация дробилок, их конструктивные схемы, назначения и краткие характеристики приводятся в таблице.

 

 

Дробилка Схема Назначение Наибольшая крупность исходного материала, мм Производительность, м3 Преобладающий способ дробления
Щековые
С простым движением щеки Крупное и среднее дробление прочного и абразивного материала 750…1300 160…550 Раздавливание  
РРРРРррРРаздавливаниеСо сложным движением щеки Среднее дробление материала средней прочности 140…510 2,8…55 Раздавливание и истирание
Конусные
С вершинами конусов: в противоположные стороны Крупное дробление прочного и абразивного материала 400…1200 200…2000 Раздавливание
С вершинами конусов: в одну сторону Среднее и мелкое дробление прочного и абразивного материала 40…500 12…1100 Раздавливание
Ударного действия
Роторные Крупное, среднее и мелкое дробление малоабразивного материала 100…1100 50…370 Удар
Молотковые Среднее и мелкое дробление малоабразивных материалов 150…600 10…1200 Удар и истирание
Валковые
Двухвалковые Среднее и мелкое дробление материалов средней прочности 10…75 0,5…76 Раздавливание

Щековые дробилки.

Область применения.

Используют для крупного и среднего дробления твердых материалов, степень измельчения i=3÷5.

 

2. Принцип действия и классификация:

По принципу действия кинематических схем щековые дробилки подразделяются на дробилки с простым движением щеки – ЩДП рис.. поз ‘а’, ‘б’ и сложным движением щеки – ЩДС (см. рис. поз ‘в’).

Рис. Щековые дробилки:

а – конструктивная схема дробилки ЩДП; б и в – кинематические схемы дробилок ЩДП и ЩДС соответственно.

а) 2 – главный приводной эксцентриковый вал;

3 – шатун;

4, 5 – распорные плиты;

6 – подвижная щека;

7 – неподвижная щека;

А – ось верхнего шатунного подшипника;

В – максимальная ширина приемного отверстия камеры дробления;

b – ширина разгрузочной щели камеры дробления;

D – регулируемая опора (упор) распорной плиты 4;

б) 1 – корпусы подшипников приводного эксцентрикового вала, неподвижно закрепленные на станине дробилки.

2 – главный приводной эксцентриковый вал;

3 – шатун;

4, 5 – распорные плиты;

6 – подвижная щека.

в) 1 – корпусы подшипников приводного эксцентрикового вала, неподвижно закрепленные на станине дробилки;

2 – эксцентриковый вал, жестко соединенный с шатуном 3;

3 – шатун, являющийся подвижной щекой дробилки

4 – распорная плита с регулируемой опорой.

Дробилки ЩДП

В дробилках ЩДП измельчаемые куски подаются в камеру дробления, образованную неподвижной щекой 7 и подвижной щекой 6. При периодическом циклическом сближении щек материал дробится, а при расхождении – продвигается вниз под действием силы тяжести. Измельченные куски, диаметр которых меньше ширины разгрузочной щели, выпадают из камеры дробления. В ЩДП измельчение происходит в основном раздавливанием и частично изломом и раскалыванием.

В дробилках ЩДП подвижная щека 6 подвешена на качающейся в специальных подшипниках скольжения оси. Щека 6 описывает дуги окружности с центральным углом ≈ 3÷4°. Подвижная щека получает дугообразное движение через рычажный шарнирный механизм дробилки от ведущего главного эксцентрикового вала 2, вращающегося в случае крупных дробилок большой производительности в роликовых сферических самоустанавливающихся подшипниках качения, размещенных в боковых стойках станины.

В верхнем положении шатуна 3 распорные плиты 4 и 5, упирающиеся своими концами в сухари на конце шатуна и на сухари в подвижной щеке 6 и в регулировочной ползун, занимают близкое к горизонтальному (но не горизонтальное) положение, при котором угол β достаточно мал (несколько градусов).

При этом положении при относительно небольшом крутящем моменте на ведущем эксцентриковом валу 2 можно получить значительное усилие дробления на подвижной щеке 6. При такой схеме усилие дробления практически не передается на ведущий эксцентриковый вал 2.

Опора Д распорной плиты 4 может перемещаться в горизонтальных направляющих специальным регулировочным устройством, обеспечивая возможность изменения ширины разгрузочной щели.

Поскольку износ дробящих плит неравномерен – сильнее изнашивают нижние их части у выпускной щели – дробящие плиты делают симметричными относительно поперечной оси, что дает возможность поворачивать их на 180°, размещая изношенную часть сверху.

Очень важна плотная пригонка сменной дробящей плиты к поверхности щеки. Это достигается размещением в зазоре между ними листовой прокладки из рольного свинца или заливки зазора цементным раствором высокой марки.

Предохранительные устройства.

Числа оборотов щековых дробилок могут достигать 300 и более оборотов в минуту, при этом вращающиеся массы маховиков накапливают значительную кинетическую энергию. В этих условиях попадание в камеру дробления не дробимого предмета может привести к заклиниванию и поломке важных элементов кривошипно-рычажного механизма дробилки, трудоемким и дорогостоящим ремонтным работам и простоям. Для защиты дробилок от повреждений при попадании в камеру дробилки инородного не дробимого тела служат предохранительные элементы или устройства. Применяют следующие простейшие конструкции.

1. Предохранительное устройство на нижней головке шатуна, прикрепляемое к шатуну разрывными болтами с ослабляющими их сечение проточками, и рассчитанное на превышение максимального расчетного усилия на 30÷50%

 

2. Разрушающиеся распорные плиты различных конструкций: плиты с ослабленным поперечным сечением (рис, поз. а; плиты со срезными элементами (заклепками) (рис, поз. б и в).

 

 

Изменение размеры частиц выходящего материала

Регулирование ширины выходной щели дробилки автоматически изменяет ширину разгрузочной щели и аналогично схеме применяемой для дробилок ЩДС (см. ниже)



Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

headinsider.info. Все права принадлежат авторам данных материалов.