Тема10 Машины и оборудование для переработки каменных материалов

В строительном производстве используют большое количество нерудных материалов: камня, щебня, гравия и песка. Для производства строительных и дорожных работ требуются различные фракции каменных материалов. Выравнивание фракционного состава (процентного содержания кусков различных размеров в общей массе) каменных материалов на первом этапе осуществляется дроблением наиболее крупных их кусков. Различают крупное, среднее и мелкое дробление.

Установки, измельчающие каменные материалы до размеров щебня, называются камнедробилками, и используются для получения щебня, размеры кусков которого позволяют подвергнуть его дальнейшей сортировке и обогащению.

По принципу действия и устройству различают щековые, конусные, молотковые, ударные и валковые камнедробилки.

Щековые камнедробилки используют для крупного и среднего дробления пород средней крепости и крепких. Измельчение кусков материала в камере щековой дробилки происходит за счет сдавливания их между подвижной и неподвижной щеками под действием сжимающих нагрузок. Различают камнедробилки с простым и сложным движением подвижной щеки. Щековые дробилки с простым качанием щеки раздавливают куски породы, загружаемые в клиновидный зазор между подвижной и неподвижной щеками. Все точки подвижной щеки и закрепленной на ней дробящей плиты движутся по концентрическим дугам с центром в точке подвески щеки. По мере измельчения куски породы опускаются под действием собственной массы к разгрузочному отверстию. Минимальный размер кусков раздробленного материала определяется зазором между нижними кромками дробящих плит при максимальном отходе дробящей щеки.

Щековые дробилки со сложным качанием щеки отличаются сложной траекторией движения подвижной дробящей плиты. Ось подвески подвижной щеки движется по окружности с центром, лежащим на оси вращения эксцентрикового вала, а нижняя кромка дробящей плиты движется по дуге с центром в точке упора распорной плиты в клиновый механизм. При этом куски породы, загруженные в клиновидный зазор между подвижной и неподвижной щеками, не только раздавливаются, но и истираются. Крупность дробления регулируется изменением величины зазора между нижними кромками дробящих плит.

Производительность щековой дробилки П_щ определяется по формуле

                             П_щ = [(2 е_мин + s_ход) s_ход b_шир ώ_вал k_рых γ_пор ] / 2 tg α ,                                   (51)

где  е_мин – минимальный зазор между нижними кромками щек;

Рекомендуемые материалы

      s_ход – ход подвижной щеки;

      b_шир  - ширина подвижной щеки на уровне загрузочного отверстия дробилки;

      ώ_вал  - угловая скорость эксцентрикового вала дробилки;

     k_рых – коэффициент разрыхления материала при дроблении, k_рых = 0,65;

     γ_пор – объемная масса дробленого материала;

     α – угол между дробящими плитами (угол захвата).

Конусные камнедробилки применяют для дробления твердых и средней твердости горных пород. Они выдают более равномерный по крупности и приблизительно кубообразный по форме щебень с малым содержанием плоских кусков. Конусные дробилки делятся на дробилки для крупного (с крутым конусом), среднего и мелкого (с пологим конусом) дробления.

Процесс дробления исходного продукта в конусных дробилках протекает в пространстве между внешним и внутренним дробящими конусами. Дробление кусков камней происходит в той половине кольцевого пространства, в которой поверхности в данный момент сближаются, а на противоположной стороне кольцевого пространства, где поверхности расходятся, в этот момент будет происходить разгрузка. Процесс дробления и выдачи готового продукта в конусной дробилке протекает непрерывно.

Производительность конусной дробилки с крутым конусом П_кон  рассчитывают по формуле

                              П_кон = [2πd_кон r_экс(d_щел +r_экс ) k_раз k_в ] / ώ_вал  (tg α₁ + tg α₂ ),                                  (52)

где   d_кон – диаметр основания дробящего конуса;

        r_экс – радиус эксцентрикового вала;

        d_щел -  минимальное расстояние между поверхностями стенки камеры дробления и конуса в момент их сближения;

        k_раз – коэффициент разрыхления дробленой породы;

        k_в – коэффициент использования времени смены;

        ώ_вал – угловая скорость эксцентрикового вала;

        α₁ – острый угол между стенкой камеры дробления и вертикалью;

        α₂ – острый угол между дробящим конусом и осью вала. 

Дробилки с пологим конусом отличаются увеличенным углом между образующей конуса и осью вала. Верхний конец вала дробящего конуса таких дробилок не закреплен, поэтому все нагрузки воспринимаются его нижней частью. Производительность дробилки с пологим конусом П_пол рассчитывается по формуле

                                 П_пол = πd_кон d_щел l_щел k_раз k_в / ώ_{вал ,}                                                                            (53)

где d_кон – диаметр основания дробящего конуса;

      d_щел – ширина щели в параллельной зоне;

      l_щел – длина параллельной зоны;

      k_раз – коэффициент разрыхления;

      k_в – коэффициент использования времени смены;

      ώ_вал – угловая скорость эксцентрикового стакана.

Молотковые и ударные камнедробилки применяют при дроблении крепких пород на мелкие фракции щебня. Преимуществом этих машин являются высокая степень измельчения и нетребовательность к предварительному измельчению породы. Энергоемкость процесса дробления этими машинами значительно меньше. Куски породы, попадая в камеру дробления, разбиваются ударами молотков, шарнирно или неподвижно закрепленных на роторе с частотой вращения до 2000 мин^-1. камни, разбиваемые молотками, отбрасываются ими же на колосниковую решетку или бронированную стенку дробильной камеры с силой, достаточной для еще большего их размельчения. Часть стенки камеры дробления выполнена в виде колосниковой решетки, через которую достаточно измельченный щебень проваливается в приемный бункер. Остающаяся в камере дробления порода подвергается  дальнейшему измельчению. Фракционный состав готового продукта зависит от скорости вращения ротора. Часовую производительность молотковых дробилок П_мол определяют по формуле

                                            П_мол = 37 d_рот l_рот ,                                                                          (54)

где d_рот – диаметр наружной окружности вращения молотков ротора;

      l_рот – длина ротора.

Валковые камнедробилки применяют для мелкого дробления в качестве установок второй ступени при многоступенчатой организации процесса дробления. Измельчение кусков пород происходит за счет раздавливания их между двумя вальцами, вращающимися навстречу друг другу с одинаковой скоростью. Валковые дробилки различают по виду рабочей поверхности валков на гладкие и рифленые, а по методу установки валков на дробилки с подвижным и одним неподвижным валком и с двумя подвижными валками.

Производительность валковых дробилок П_вал можно рассчитать по формуле

                  

                                   П_вал = 60 πd_вал d_щел l_вал k_раз k_в / ώ_вал ,                                                       (55)

  где d_вал – диаметр вальца;

        d_щел – зазор между вальцами;

        l_вал – длина вальца;

        k_раз – коэффициент неполноты загрузки и разрыхления дробленой породы (0,1…0,4);

        k_в – коэффициент использования времени смены;

        ώ_вал – угловая скорость вальцов.

Серьезной проблемой, сопровождающей дробление каменных материалов, является пылеобразование. Камнедробилки – мощные источники пыли, опасной для людей, живой природы и машин. Для борьбы с пылью пылящие зоны закрываются кожухами, воздух из которых отсасывается и очищается, а дробимый материал и зоны дробления увлажняются распылением воды, тумана или насыщенного пара.

Продукт, полученный в результате дробления горных пород на тех или иных дробильных машинах, перед употреблением сортируют на группы (фракции) по размерам входящих в них кусков. При сортировке из материала выделяют также посторонние примеси, снижающие качество продукции, т.е. осуществляют обогащение продукта. Сортировку и обогащение материалов осуществляют следующими способами: воздушным, гидравлическим и механическим.

Воздушная сортировка осуществляется в потоке воздуха в специальных установках - сепараторах.

Гидравлическая сортировка осуществляется в потоке воды на установках - гидроклассификаторах  и гидроциклонах.

Механическая сортировка заключается в просеивании кусков материала на ситах, решетах или колосниках. 

Сита представляют собой переплетение продольных и поперечных стальных проволок, образующих квадратные или прямоугольные отверстия разных размеров в различных ситах. Сита изготовляют также с помощью точечной сварки проволок верхнего и нижнего ряда.

Решета изготовляют из стальных листов с просеченными в них отверстиями. Плоские листы применяют для плоских грохотов, а листы, свернутые в цилиндры – для барабанных грохотов.

Колосники представляют собой ряд плоских стальных полос, расположенных на определенном расстоянии друг от друга.

Ещё посмотрите лекцию "Саркоптоз свиней" по этой теме.

Грохоты – установки для просеивания материалов. По характеру действия грохоты разделяются на неподвижные и подвижные. Неподвижные грохоты применяют для предварительного отделения крупных кусков перед дроблением. Они представляют собой колосниковую наклонную поверхность, по которой материал перемещается под действием сил тяжести. Подвижные грохоты по конструкции разделяют на плоские, барабанные и валковые, по расположению рабочих плоскостей – на горизонтальные и наклонные. В строительной промышленности  в основном применяются плоские виброгрохоты. Барабанные грохоты используют при мокром процессе сортировки песка и гравия, совмещаемом с их промывкой.

Гравиемойки – сортировки предназначены для промывки гравия и щебня от илистых, пылеватых и глинистых включений с сортировкой промытого материала по фракциям или прочности.

Классификаторы предназначены для классификации песка по размеру и удельному весу

 (спиральные) или для классификации более крупных каменных материалов (механические).

Дробильно-сортировочные установки и заводы представляют собой комплект технологического оборудования для измельчения, сортировки, мойки и классификации каменных материалов. Установками называют комплекты, приспособленные для разворачивания в рабочее положение и сворачивания в транспортное без привлечения нештатной грузоподъемной техники и способные менять место базирования своим ходом или с помощью тягачей. Заводами называют стационарные комплекты, постоянно размещенные на отведенной территории и являющиеся частью ее инфраструктуры.

Стационарные дробильно-сортировочные заводы обычно создаются на длительно действующих карьерах и разрезах, поэтому технологические линии проектируются и оборудование для них подбирается с учетом особенностей добываемого здесь сырья, проектного уровня его добычи и используемого для этого оборудования.