Полное руководство по конусным и роторным дробилкам с вертикальным валом и причина их совместного использования на заводах дробления-грохочения заполнителя и руды

В этой статье мы рассмотрим принципы работы, конструкцию, элементы, а также расчёты производительности и мощности конусных дробилок и роторных дробилок с вертикальным валом третичного типа, которые образуют неразрывную пару в качестве вторичных и третичных дробилок на заводах по производству заполнителя, где дробят преимущественно вулканические породы, такие как базальт, гранит, диабаз и подобные. Мы объясним причину их совместного использования. Мы приведём примеры заводов, где они применяются.

Конусные дробилки Hidrokon

Конусные дробилки — это дробилки сжатия.

Рисунок 1 мы видим разрез конусной дробилки типа Hidrokon и основные элементы, образующие эту дробилку. Главный вал дробилки эксцентрично установлен внутри детали, называемой эксцентриком, которая смонтирована в нижней раме, приводится в движение системой конических шестерён и вращается с определённой частотой гирации. Главный вал также установлен в паукообразной опоре (spider), расположенной в верхней части верхней рамы. Главный вал опирается на упорный подшипник, расположенный над гидравлическим поршнем (hydroset), закреплённым на нижней раме дробилки. Этот подшипник воспринимает осевые нагрузки, приходящиеся на главный вал. На коническую ступицу, связанную с главным валом дробилки, крепится конусная подвижная броня (mantle). На внутренней части верхней рамы крепится коническая неподвижная броня (concave) специальной формы.

Система hydroset представляет собой гидравлический цилиндр, который регулирует зазор между подвижной бронёй (mantle) и неподвижной бронёй (concave), то есть контролирует размер продукта.

Рисунок 1 Разрез и элементы конусной дробилки Hidrokon — На Рисунке 1 мы видим разрез третичной роторной дробилки с горизонтальным валом и основные элементы дробилки.

Во время работы подвижная броня приближается и удаляется от неподвижной брони по всей окружности 360°, оказывая давление на материал. То есть конусную дробилку можно определить как щековую дробилку с бесконечным числом щёк.

Принцип дробления конусной дробилки показан на Рисунок 2.

Рисунок 2 Пояснение принципа дробления конусной дробилки

Формула производительности Роуза и Инглиша

Q = \frac{W_{i} \cdot D \cdot ρ_{s} \cdot \sqrt{L_{M A X} - L_{M I N}} (L_{M A X} + L_{M I N}) \cdot K}{2 \cdot \sqrt{\frac{R}{R - 1}}}

W_i: Рабочий индекс Бонда

D: Диаметр чаши

L_MAX: Значение раскрытия разгрузочной щели (OSS)

L_MIN: Значение закрытой разгрузочной щели (CSS)

R: Степень измельчения

K: Статистический коэффициент. Для мягких материалов, таких как уголь и кокс K = 0,5, для твёрдых материалов, таких как кварц и гранит K = 1

ρ_s: Удельный вес дробимого материала

Формула мощности двигателя Роуза и Инглиша

P = W_{i} \cdot Q \cdot [\frac{\sqrt{F_{80}} - \sqrt{P_{80}}}{\sqrt{F_{80}}}] \cdot \sqrt{\frac{100}{P_{80}}}

P: Мощность двигателя, KW

W_i: Рабочий индекс Бонда

Q: Производительность, TPH

F₈₀: Размер, через который проходит 80% исходного материала, микрон

P₈₀: Размер, через который проходит 80% дробимого материала, микрон

Формула частоты гирации конусной дробилки:

n \geq \frac{665 \cdot (\sin α - μ \cdot \cos α)}{\sqrt{d}}

n: Частота гирации конусной дробилки, RPM

μ: Коэффициент трения между сталью и дробимым материалом (находится в пределах 0,2–0,3)

d: Максимальный размер продукта, cm

α: Угол между поверхностью дробящего конуса и горизонталью

Расчёт усилия дробления

F_{B} = {[{(\frac{2191878 \cdot N}{n \cdot x \cdot \sin β})}^{2} + {(\frac{2411065,8 \cdot N \cdot \tan α}{n \cdot x \cdot \sin β})}^{2}]}^{0,5} \cdot \frac{9,81}{1000}

n: Частота гирации, RPM

F_B: Усилие дробления, kN

N: Мощность двигателя, KW

x: Расстояние между образующими конуса, mm

α: Половина угла конуса

β: Угол гирации

Роторные дробилки с вертикальным валом третичного типа

Принцип работы роторных дробилок с вертикальным валом третичного типа

Ротор этих дробилок закрытого типа и полностью футерован каменной постелью. Ротор работает как высокоскоростной каменный насос: он сообщает высокую скорость поступающему в него материалу и обеспечивает высокоскоростной поток камня к группе дробящих плит, образованной каменной полкой, закреплённой на корпусе, тем самым обеспечивая дробление камня о камень (rock on rock). Скорость частиц, вылетающих из ротора, может достигать 100 м/с.

Помимо материала, поступающего внутрь ротора, некоторое количество материала контролируемо подаётся и снаружи ротора, что создаёт плотность в камере дробления и тем самым улучшает передачу энергии. Управляя этим количеством материала, подаваемого снаружи ротора, а также используя такие переменные, как диаметр и скорость ротора, контролируют такие переменные, как гранулометрия продукта, производительность и величина износа.

Рисунок 3 показан принцип дробления третичных дробилок с вертикальным валом.

Рисунок 3 Принцип работы роторных дробилок с вертикальным валом третичного типа

Основные элементы роторных дробилок с вертикальным валом третичного типа

Рисунок 4 показаны основные элементы роторной дробилки с вертикальным валом третичного типа. Вкратце, основные элементы этих дробилок:

Узел дробящего кольца
Узел крыши
Узел главного вала
Узел основания

Он состоит из этих узлов.

Рисунок 4 Элементы роторной дробилки третичного типа

Ротор подобен «сердцу» роторной дробилки с вертикальным валом третичного типа. Его задача — сообщить подаваемому материалу кинетическую энергию, которая преобразуется в энергию напряжений, необходимую для его дробления, то есть разогнать его. Особенность роторов дробилок третичного типа в том, что их роторы закрытого типа: место метательных башмаков открытых роторов занимают скопления камня, образующиеся внутри ротора. В роторе обычно имеется 3 порта, расположенных под углом 120° друг к другу. Скопления камня образуются на выходах портов, на кромке, где материал вылетает с высокой скоростью, между твердосплавными наконечниками из карбида вольфрама и защитными пластинами.

Рисунок 5 показаны вид ротора и элементы роторной дробилки с вертикальным валом третичного типа, а на Рисунке 6 — общий вид и элементы камеры дробления роторной дробилки с вертикальным валом третичного типа.

Рисунок 5 Вид ротора и элементы роторной дробилки с вертикальным валом третичного типа

Рисунок 6 Общий вид камеры дробления роторной дробилки с вертикальным валом третичного типа

Анализ производительности и мощности роторных дробилок с вертикальным валом третичного типа

Анализ по формуле Бонда

При расчёте удельной мощности дробления в дробилках с вертикальным валом третичного типа формула Бонда даёт результат, существенно отличающийся от фактического значения. Поэтому, как известно, это формула, основанная на рабочем индексе W_i.

W = 11 * W_{i} * (\frac{1}{\sqrt{P}} - \frac{1}{\sqrt{F}})

N = W * Q

W: Приблизительный удельный расход энергии, необходимый для дробления, Kwh/t

W_i: Рабочий индекс

P: Размер квадратной ячейки, через который проходит 80% продукта (материала, выходящего из дробилки) – микрон

F: Размер квадратной ячейки, через который проходит 80% материала, подаваемого в дробилку – микрон (мелкий материал должен быть отсеян из исходного материала)

N: Требуемая мощность двигателя, KW

Q: Производительность, тонн/час

Если рассмотреть кривые продукта в роторных дробилках с вертикальным валом третичного типа, в первой части кривая идёт в основном с малым наклоном, то есть в этой части степень измельчения низкая; ближе к последней части наклон возрастает и степень измельчения увеличивается. По этой причине при применении формулы Бонда P₈₀, значение в диапазоне P₃₅ – P₄₀ следует использовать вместо него.

Для быстрых расчётов можно использовать График 1.

Таблица 1 приведены рабочий индекс и другие физические свойства различных материалов.

НАЗВАНИЕ ПОРОДЫ	ТИП ПОРОДЫ	РАБОЧИЙ ИНДЕКС W_i	УД. ВЕС (t/m³) ρ	НАСЫПНАЯ ПЛОТН. (t/m³) γ	ИНДЕКС АБРАЗИВНОСТИ A_i	ПРОЧНОСТЬ НА СЖАТИЕ MPa
Андезит	Вулканическая	16 ± 2	2,6-2,8	1,6	0,5	170 - 300
Амфибол	Метаморфическая	16 ± 3	2,8 – 3,0	1,7	0,2 - 0,45	-
Песчаник	Осадочная	10 ± 3	2,7	1,6	0,1 - 0,9	30-180
Базальт	Вулканическая	20 ± 4	2,9 – 3,0	1,8	0,2 ± 0,1	300 – 400
Известняк	Осадочная	12 ± 3	2,7	1,6	0,001 – 0,03	80 - 180
Углерод	Осадочная	14 ± 4	1,0 – 1,8	0,8	-	-
Клинкер	-	-	-	1,2	-	-
Кокс	-	-	-	0,6	-	-
Диабаз	Вулканическая	19 ± 4	2,8-2,9	1,7	0,3 ± 0,1	250 - 350
Диорит	Вулканическая	19 ± 4	2,7 – 2,8	1,6	0,4	170 – 300
Доломит	Осадочная	12 ± 3	2,7	1,6	0,01 – 0,05	50 - 200
Габбро	Вулканическая	20 ± 3	2,9-3,0	1,8	0,4	170 – 300
Гнейс	Метаморфическая	16 ± 4	2,7	1,6	0,5 ± 0,1	200 – 300
Гранит	Вулканическая	16 ± 6	2,7	1,6	0,55 ± 0,1	200 – 300
Гематит	Осадочная	-	5,1	2,2 – 2,4	0,35 ± 0,2	-
Магнетит	Осадочная	-	5,7	2,2 – 2,4	0,50 ± 0,2	-
Мрамор	Метаморфическая	12 ± 3	2,7	1,6	0,001 – 0,03	80 - 180
Порфир	Вулканическая	18	2,7	1,6	0,1 – 0,9	180 – 300
Кварцит	Метаморфическая	16 ± 3	2,7	1,6	0,75 ± 0,1	150 – 300
Сиенит	Вулканическая	19 ± 4	2,7 – 2,8	1,6	0,4	170 – 300
Кремень (Роговик)	Метаморфическая	18 ± 3	2,8	1,65	0,7	150 - 300

Таблица 1 Рабочий индекс и другие физические свойства различных материалов

График 1 Удельная мощность дробления в зависимости от скорости на конце ротора в дробилках VSI третичного типа

Причина использования конусной дробилки в качестве вторичной и роторной дробилки с вертикальным валом в качестве третичной

Поскольку конусная дробилка является дробилкой сжатия, продукт, получаемый из неё, имеет внутренние напряжения и волосяные (капиллярные) трещины. Кроме того, он имеет лещадную структуру; показатели лещадности и удлинения не находятся на желаемом уровне. По этим причинам его нельзя напрямую просеять и использовать в производстве бетона и строительстве дорог. Продукт, получаемый из конусной дробилки, необходимо повторно раздробить на третьей стадии дробилкой ударного типа, чтобы снять внутренние напряжения и придать ему кубовидную форму.

Как мы уже отмечали, конусные дробилки используются как эффективные вторичные дробилки для твёрдых и абразивных вулканических пород, таких как базальт, гранит, диабаз и речной камень. После этих дробилок обычно не применяют роторную дробилку с горизонтальным валом. Вместо неё используют роторные дробилки с вертикальным валом, спроектированные по принципу дробления камня о камень.

Примеры заводов, где конусная дробилка используется как вторичная, а дробилка с вертикальным валом — как третичная

1- Завод дробления и грохочения базальта производительностью по продукту 200 TPH для производства заполнителя для бетона

На заводе используются щековая дробилка 1100*900 с двигателем 132 KW, конусная дробилка, эквивалентная METSO HP 300, с двигателем 200 KW, и дробилка с вертикальным валом с диаметром ротора ∅990 и двигателями 2*250 KW.Рисунок 5 показана технологическая схема установки, а на График 2 показана кривая продукта для скорости на конце ротора 60 м/с.

Рисунок 5 Технологическая схема завода по производству базальтового заполнителя для бетона

График 2 Кривая на выходе дробилки VSI с диаметром ротора ∅990

2- Завод дробления, грохочения и промывки речного материала с размером питания 0-300 mm

На заводе дробят речной материал с максимальным размером питания 300 mm и производят заполнитель для бетона. Это текучий речной материал, не очень загрязнённый. После отделения природного песка щековая и конусная дробилки используются для уменьшения камня до размера, который может дробить дробилка с вертикальным валом. Производительность завода по питанию составляет 300 TPH; после отбора 108 TPH природного песка 0-4 производится 192 TPH заполнителя для бетона из щебня.

График 3 показана кривая питания речного материала, на Рисунок 6 — технологическая схема установки, а на График 4 показана кривая на выходе дробилки с вертикальным валом.