Вопрос № 2. Машины для измельчения твердых материалов

Измельчение твердых горючих материалов производят с целью облег­чения их транспортировки, а также ускорения растворения, химического взаимодействия, сжигания, обжига и других процессов, интенсивность протекания которых зависит от размеров твердых частиц.

На современных машинах можно производить измельчение глыб ма­териала объемом до 2 м³. Конечный размер частиц измельченного материала достигает 0,1 мкм. В процессах измельчения материалов использу­ются способы раздавливания, раскалывания, удара и истирания. Схема­тичное изображение способов измельчения приведено на рисунок 3.1. Выбор способа измельчения определяется физико–механическими (прочностью и хрупкостью) и пожаровзрывоопасными свойствами материала, его влаж­ностью, начальным и конечным размером частиц, возможностью обеспе­чения пожаровзрывобезопасности и другими факторами.

Рисунок 3.1. Способы измельчения материалов:

а – раздавливание; б – удар; в – истирание; г – раскалывание

Различают следующие виды измельчения:

- крупное – поперечный размер обрабатываемых кусков, изменяется в
диапазоне от 1500 до 25 мм;

- среднее или промежуточное – от 150 до 5 мм;

- мелкое – от 25 до 1 мм;

- тонкое – от 5 до 0,075 мм;

- размол – от 0,2 до 10–4 мм.

Кроме того, измельчение бывает сухое и мокрое, когда к исходному материалу добавляется определенное количество влаги.

Отношение поперечника D наиболее крупных кусков до измельчения к поперечнику d наиболее крупных кусков после измельчения называется степенью

измельчения п:

n = D/d

(3. 1)

Для материалов большой твердости наиболее эффективными способами измельчения являются удар и раздавливание, для вязких материалов – истирание, для хрупких – раскалывание.

Уравнение материального баланса процесса измельчения имеет вид:

ΣGпр = ΣGух + Gпот

(3.2)

где	Gnp	–	масса поступившего на измельчение материала, кг;
	Gyx	–	масса полученного измельченного материала, кг;
	Gпот	–	потери материала (в основном пылевидного), кг.

Измельчающие машины делятся на дробилки и мельницы. Дробилками называются машины для крупного и среднего измельчения, мельницами –машины для мелкого и тонкого измельчения, а также для коллоидного размола. Типов и разновидностей дробилок и мельниц, используемых в промышленности, достаточно много. Рассмотрим некоторые из них.

На рисунок 3.2 показана схема щековой дробилки. Неподвижная щека из износоустойчивого материала 2 крепится к станине 7 дробилки, а подвижная щека 5, защищенная броневой плитой 4, качается на оси 6. Качание подвижной щеки осуществляется с помощью привода, состоящего из шатуна 8, кривошипа (эксцентрика) 7, маховика 13 и шарнирно закрепленных распорных плит 9, которые одновременно служат для защиты привода от перегрузок при попадании в дробилку кусков металла или других чрезмерно прочных предметов. Регулирование хода подвижной щеки производится с помощью клинового устройства 12, а холостой ход осуществляется с помощью возвратной пружины 11 и тяги 10. Рабочее пространство дробилки с боков ограничено плитами 3.

Рисунок 3.2. Схема щековой дробилки

Такие дробилки находят широкое применение из–за простоты устройства и надежности конструкции, компактности, возможности измельчения крупно­кусковых материалов (ширина загрузочного отверстия достигает 1,5–2 м). К недостаткам щековых дробилок относятся: периодический характер ра­боты (дробление происходит только в момент сближения щек), неуравно­вешенность движущихся масс, что вызывает сильные толчки и сотрясения фундамента и соседнего оборудования, а также небольшая степень из­мельчения (п = 2–3).

Рисунок 3.3. – Схема конусной дробилки

В конусной дробилке (рисунок 3.3) корпус 1 имеет форму конуса, облицованного броневыми плитами 4. Вращающаяся дробящая головка 2 также конической формы расположена под уг­лом к оси конусного корпуса, что при­водит к образованию узкой щели между головкой и корпусом. Ширина загрузоч­ной щели составляет 0,3–1,5 м. Регули­рование степени измельчения достигает­ся подъемом или опусканием корпуса. Корпус крепится к станине с помощью пружин (на схеме не показаны), распо­ложенных по его периметру, которые уменьшают вибрацию и предохраняют машину от перегрузки и поломки при попадании в нее кусков металла. Креп­ление вала 3 к станине осуществляется с помощью крестовины б, конической втулки 7 и гайки 8. Нижний конец вала входит в стакан–эксцентрик 5, ко­торый приводится во вращение с помощью зубчатой передачи. К достоин­ствам конусных дробилок (а также близких к ним по устройству грибовид­ных дробилок) относятся: непрерывность действия, высокая производи­тельность, спокойная уравновешенная работа и высокая степень измельче­ния (n = 10–30). В то же время указанные дробилки достаточно сложны по устройству (по сравнению с щековыми), более трудоемки в обслуживании, но имеют меньший расход энергии и меньшее пылеобразование.

Молотковая дробилка (мельница) (рисунок 3.4) имеет закреп­ленный на вращающемся по направлению стрелки валу 5 ротор 4, к кото­рому шарнирно прикреплены стальные молотки 3. Поступающий сверху в дробилку материал подхватывается молотками и ударяется о броневые плиты 2, измельчаясь при этом. Степень измельчения колеблется от 10–15 в однороторных дробилках до 30–40 – в двухроторных. Измельченный ма­териал выходит через отверстия в колосниковой решетке б, на которой одновременно с раскалыванием происходит раздавливание и исти­рание материала.

Рисунок 3.4. – Схема молотковой дробилки

В станине корпуса 1 имеется механизм, который позволяет изменять расстояние между колосниковой решеткой и вращающимися молотками и регу­лировать степень размола. Число оборотов ротора дробилки достигает 400–2400 в минуту, что обес­печивает высокую степень измельчения материала, но одновременно приводит и к значительному пылеобразованию. Для предотвращения повреждения механизма при попа­дании в дробилку металла подлежащий измельчению материал предварительно пропускают через сита и сепараторы. Молотковые дро­билки выпускаются с диаметром роторов от 0,3 до 2 м, имеющих ширину соответственно от 0,2 до 3 м.

Валковые мельницы (дробилки) (рисунок 3.5) – простые по устройству машины.

Они имеют два параллельных цилиндрических валка 4, вращающихся навстречу друг другу. Валки могут быть рифлеными (зубчатыми, ошипованными) – в дробил­ках и гладкими – в мельни­цах. Подшипник 5 валка за­креплен неподвижно, а под­шипник 3 валка может пере­мещаться в горизонтальной плоскости и удерживается на станине 1 пружинами 2.

Рисунок 3.5. – Схема валковой мельницы

Благодаря наличию подвижной опоры достигается регулирование степени из­мельчения материала, а наличие пружин предохраняет детали машины от поломки: при попадании в мельницу особо прочных материалов и металла подвижный валок сдвигается влево, сжимая пружину. Твердый материал пропускается через увеличенный зазор между валками без поломки маши­ны. Валковые мельницы не дают значительного пылеобразования, надеж­ны в работе, но мало пригодны для измельчения материалов высокой прочности. Степень измельчения твердых материалов в валковых мельницах не превышает 3–4, хрупких – 10–15. Диаметр валков достигает 0,2–1,5 м при ширине 0,1–0,6 м.

Для тонкого размола широко применяются шаровые мельницы, представляющие собой горизонтально расположенные вращающиеся ци­линдрические и цилиндро–конические барабаны, заполненные шарами. На рисунок 3.6 показана шаровая мельница (барабанная диафрагмовая) (а) и схема перемещения шаров в ней (б). Корпус 1 барабанной мельницы изнутри облицован броневыми плитами, имеющими ступенчатую или вол­нистую поверхность для подъема шаров на большую высоту при вращении барабана. Измельчение материала происходит под действием удара па­дающих стальных шаров, диаметр которых составляет 25–175 мм.

Рисунок 3.6. – Схема цилиндрической диафрагмовой шаровой мельницы

Исходный материал поступает через полую цапфу 6 с помощью пи­тателя 7, а частицы размолотого материала, размер которых меньше диа­метра отверстий в диафрагме 4, высыпаются из барабана и с помощью ра­диальных ребер 3 удаляются через полую цапфу 5 из мельницы. Вращение барабану передается от редуктора через зубчатый венец, укрепленный на корпусе мельницы.

К недостаткам шаровых мельниц относятся громоздкость, значи­тельное пылеобразование, повышенный расход энергии, большой вес обо­рудования, значительный шум и вибрации. Достоинствами шаровых мель­ниц являются: высокая производительность, постоянство качества помола, возможность измельчения материала различной твердости со степенью измельчения до 50–100, простота обслуживания, а также возможность раз­мола мокрым способом для предотвращения процесса пылеобразования. Скорость вращения барабанов составляет 2–20 об/мин.

Помимо рассмотренных дробилок и мельниц в промышленности при­меняются и другие виды измельчающих машин: для мелкого измельчения – ударные мельницы (дезинтеграторы, дисмембраторы); для тонкого из­мельчения – стержневые, кольцевые, вибрационные мельницы; для колло­идного размола – коллоидные мельницы (сухие и мокрые).

ВЫВОД ПО ВОПРОСУ:

Процессы сухого измельчения протекают со значительным пылеобразованием, что необходимо учитывать при выборе типов измельчающих машин и способов измельчения горючих материалов (угля, кокса, сахара, зерна и других) во избежание взрывов образующихся пылевоздушных смесей.

Сухое тонкое измельчение и сухой размол горючих материалов явля­ются наиболее взрывопожароопасными процессами, так как готовый мел­кодисперсный продукт способен легко взвихряться с образованием взры­воопасного аэрозоля, отложения пыли часто склонны к самовозгоранию, а в процессе размола появляются такие источники зажигания, как фрикци­онные искры и разряды статического электричества.

Вопрос № 3. Машины для разделения твердых материалов

После измельчения твердый материал обычно разделяют по размерам частиц с выделением отдельных фракций. Такое разделение называют классификацией или сортировкой. В промышленности применяются сле­дующие методы классификации: механическая классификация (грохоче­ние), гидравлическая и воздушная классификации.

Материальный баланс процесса классификации:

Gпр = ΣGфр i + Gпот

(3.3)

где	Gnp	–	масса поступившего на разделение материала, кг;
	Gфp i	–	общая масса i–го количества фракций материала, кг;
	Gпот	–	потери материала (в основном пыли), кг.

При механической классификации материалов используются рассеи­вающие устройства в виде сит и решеток. На рисунок 3.7 приведены схемы многократного грохочения исходного сыпучего материала на четыре фракции.

Рисунок 3.7. – Способы многократной механической классификации:

а – от мелкого к крупному; б – от крупного к мелкому; в – комбинированный способ; 1 – сито (решето); 2 – бункер

Частицы материала, размеры зерен которого меньше диаметра отвер­стий в сите или решете, под действием силы тяжести проваливаются в бункеры для сбора фракций или поступают на следующее сито (решето), где протекает аналогичный процесс разделения. В зависимости от формы рассеивающего устройства и типа привода применяются неподвижные ко­лосниковые, роликовые, барабанные, качающиеся и вибрационные грохо­ты.

На неподвижные грохоты, установленные наклонно под углом, боль­шим угла естественного откоса, высыпают подлежащий разделению мате­риал, который, ссыпаясь по поверхности грохота, одновременно при этом классифицируется (мелкие частицы просеиваются). Такие грохоты приме­няются редко из–за низкой производительности. Более широкое примене­ние нашли вибрационные грохоты, в которых наклонные сита с помощью специального механизма колеблются с частотой 15–50 с–1 при амплитуде 0,5–15,0 мм. Благодаря вибрации отверстия в ситах практически не заби­ваются материалом, обеспечивается высокая производительность, пони­женное пылеобразование и меньший расход энергии.

Наибольшее распространение получили барабанные грохоты. Пока­занный на рисунок 3.8 барабанный грохот представляет собой уста­новленный наклонно (под углом до 9 градусов к горизонту) вращающийся цилиндрический ба­рабан с перфориро­ванными стенками (с отверстиями раз­ного размера). По­ступающий через приемную воронку 1 материал движется внутри вращающе­гося барабана 2 сле­ва направо, проходя сначала секцию с мелкими отверстиями, а затем сек­ции с постепенно увеличивающимися размерами отверстий.

Рисунок 3.8. – Цилиндрический барабанный грохот

Под каждой секцией устанавливаются приемные бункеры (на рисунке не показаны). Вращение барабана осуществляется с помощью привода 3. Если приме­нить конический барабан, то его можно установить горизонтально, а пере­мещение материала в нем происходит благодаря конусности стенки. Про­изводительность барабанных грохотов значительно больше, чем непод­вижных, но больше и пыление при наличии мелкодисперсных частиц в рассеиваемом материале. Недостатком барабанных грохотов является низ­кое качество сортировки. Помимо этого секции с мелкими отверстиями часто повреждаются крупными кусками в рассеиваемом материале. При диаметре барабана 1,5–3,0 м скорость его вращения составляет 5–20 об/мин.

В процессах гидравлической классификации и воздушной сепарации используется принцип разделения частиц на фракции по величине скоро­сти осаждения в жидкости или в воздухе. Сущность работы воздушно–проходного центробежного сепаратора (рисунок 3.9) заключается в следующем: из­мельченный в мельнице материал в пото­ке воздуха, движущегося по трубопрово­ду со скоростью около 20 м/с, через пат­рубок 1 поступает в кольцевое простран­ство между корпусом 2 и внутренним ко­нусом 3 сепаратора. Здесь скорость пото­ка резко снижается и наиболее крупные частицы (грубая фракция) под действием силы тяжести выпадают из потока и через патрубок 4 возвращаются в мельницу. Воздушный поток со взвешенными час­тицами твердого материала движется вверх, проходит между тангенциально ус­тановленными к оси сепаратора лопатка ми 5 во внутренний конус 2, приобретая вращательное движение. Более крупные частицы материала отбрасываются центробежной силой к стен­кам внутреннего конуса, движутся по ним вниз и также удаляются через патрубок 4. Воздушный поток вместе со взвешенными частицами тонкой фракции выходит из сепаратора через патрубок 6 и направляется в циклон, где твердые частицы отделяются от воздуха, который возвращается в мельницу.

Рисунок 3.9. – Схема воздушно–проходного сепаратора

Работа воздушных сепараторов сопровождается интенсивным пылеобразованием и имеется опасность разрядов статического электриче­ства и появления фрикционных искр.

Гидравлическая классификация осуществляется в горизонтальном или восходящем потоке жидкости (обычно воды). Поток жидкости выносит из классификатора в слив частицы, меньшие определенного размера, а в клас­сификаторе осаждаются частицы больших размеров, обладающие большей скоростью осаждения.

ВЫВОД ПО ВОПРОСУ:

Процессы механической и воздушной классификации характеризуются значительным пылеобразованием и наличием опасности разрядов статического электриче­ства и фрикционных искр. В связи с чем, с точки зрения обеспечения пожарной безопасности, использование гидравлической классификации является предпочтительным.

Дата добавления: 2014-01-11