Что такое третичная роторная дробилка и как она работает?

Третичные роторные дробилки выполняют последнюю стадию дробления на дробильно-сортировочных установках, обеспечивая получение конечного размера при производстве заполнителей. В этой статье мы рассматриваем принципы работы, преимущества и технические детали, сосредоточившись на третичных дробилках с горизонтальным валом.

Что такое третичная роторная дробилка?

Третичные дробилки, как правило, предназначены для дробления надрешётного продукта и излишнего нежелательного материала из диапазонов готового продукта, дробленого и просеянного во вторичных дробилках. Третичные роторные дробилки, применяемые на дробильно-сортировочных установках, делятся на две группы: третичные роторные дробилки с горизонтальным валом и третичные роторные дробилки с вертикальным валом. В частности, в горнодобывающем секторе, на установках, где перерабатываются твёрдые и абразивные руды и в качестве вторичных дробилок используются конусные дробилки, третичные роторные дробилки чаще всего представляют собой дробилки с вертикальным валом. В секторе заполнителей, напротив, на установках, где в качестве вторичных используются роторные дробилки с горизонтальным валом, третичные роторные дробилки чаще всего являются роторными дробилками с горизонтальным валом. На установках, где перерабатываются вулканические породы, такие как базальт, гранит и им подобные, и в качестве вторичных дробилок используются конусные дробилки, применяются, как и в горнодобывающем секторе, третичные роторные дробилки с вертикальным валом.

Эти различия позволяют выбрать правильное решение в зависимости от области применения дробилки и требуемого размера продукта.

Преимущества и области применения третичных роторных дробилок с горизонтальным валом

Третичные роторные дробилки с горизонтальным валом особенно предпочтительны в секторах заполнителей и горнодобывающей промышленности. Ниже вы найдёте основные преимущества, характерные для этих дробилок.

Наиболее важные преимущества третичных роторных дробилок с горизонтальным валом следующие:

• Максимальный размер материала, который они могут дробить, больше, чем у роторных дробилок с вертикальным валом. На некоторых дробилках он может достигать 200 мм.
• В последние годы достижения в области металлургии сделали возможным применение третичных роторных дробилок с горизонтальным валом не только для неабразивных материалов, но и для абразивного речного материала и вулканических пород. Однако сегодня для вулканических пород чаще применяются третичные дробилки с вертикальным валом.
• Полностью симметричная конструкция ротора и камеры дробления позволяет дробилке работать в обоих направлениях. Широкие, полностью открывающиеся двери с обеих сторон дробилки обеспечивают очень удобный доступ для обслуживания, благодаря чему сроки обслуживания значительно сокращаются.
• У большинства этих дробилок в камере дробления с каждой стороны имеется по две дробящие плиты. Верхняя плита называется дробящей плитой, нижняя — размольной плитой. Футеровки, легко устанавливаемые на эти плиты, спроектированы в зависимости от цели дробления или размола. Зазор между дробящими и размольными плитами и ротором легко и полностью гидравлически регулируется, и в течение всего времени работы обеспечивается стабильное распределение продукта.
• Продукт, получаемый из дробилки, имеет структуру без трещин, прочную, кубовидной формы, весьма подходящую для производства бетона и дорожного строительства.

Конструкция и основные компоненты третичной роторной дробилки с горизонтальным валом

Эффективная работа третичной роторной дробилки с горизонтальным валом зависит от согласованной работы каждого компонента, от конструкции ротора до дробящих плит. В этом разделе поэтапно описываются конструктивные элементы дробилки.

Поскольку размеры материала, подаваемого в третичные роторные дробилки, меньше, чем в первичных и вторичных роторных дробилках, и производительность дробилки также ниже, чем у первичных и вторичных роторных дробилок, камеры дробления этих дробилок меньше; следовательно, диаметры и ширина ротора, моменты инерции ротора, ширина дробящих плит и размеры корпуса меньше. На Рисунке 2 мы видим технические характеристики третичных роторных дробилок с диаметром ротора ∅ 1000 мм и основные элементы системы опор.

Ротор третичной роторной дробилки с горизонтальным валом

В третичных дробилках ротор — это основной компонент, в котором объединяются крутящий момент и энергия удара. В инженерных разработках MEKA геометрия ротора разработана так, чтобы оптимизировать поток материала и увеличить как эффективность дробления, так и срок службы бил.

Конструкция ротора и выбор материалов

Хотя у разных компаний разные конструкции ротора третичной роторной дробилки, как и во вторичных роторных дробилках, имеется втулка вала, изготовленная из литья или толстостенной трубы. Диски ротора изготавливаются либо из горячекатаной стали марки St 37-2 (S 235JR), либо из стального литья марки GS 38, GS 45. Толщина дисков составляет около 60-75 мм, и они привариваются к втулке вала (DN 250 SCH 160 или эквивалент), изготовленной из тянутой стальной трубы с толщиной стенки 25-40 мм или из стального литья, либо между дисками по частям приваривается толстостенная труба (с выполнением соответствующих сварочных фасок). После сварки применяется отжиг для снятия напряжений. В зависимости от размера дробилки количество дисков варьируется от 2 до 6.

Монтаж бил и износостойкость

В местах прохождения бил привариваются посадочные детали била; в некоторых конструкциях поверхность дисков полностью закрывается защитными деталями дисков, отлитыми из износостойкого литья, съёмными и соединёнными штифтовой системой.

Поскольку в третичных роторных дробилках с горизонтальным валом камера дробления небольшая, диски контактируют с материалом больше, чем во вторичных и первичных роторных дробилках. Поэтому применяются два метода. Наиболее эффективный метод — использование защитных деталей дисков, отлитых из стали Хэдфилда, соединённых с дисками штифтовой или болтовой системой.

После того как била дробилки установлены путём бокового задвигания в гнёзда блока дисков, для предотвращения их осевого перемещения примерно 20 mm толщиной они фиксируются соединительными деталями. Эти детали крепятся болтами M 12 в углублениях на наружных поверхностях крайних дисков и в соответствующих им углублениях бил дробилки. Рисунок 4 показывает нам эту форму соединения.

Диаметры ротора третичных роторных дробилок с горизонтальным валом обычно составляют около ∅1000 мм - ∅1300 мм, а ширина ротора выбирается в пределах 500, 1000, 1500, 2000 мм. Била дробилки изготавливаются из стали Хэдфилда (аустенитное марганцовистое стальное литьё EN10349), если дробимый материал — известняк или подобный малоабразивный материал. Если дробимый материал абразивный, они изготавливаются из высокохромистого белого чугуна (ASTM A532, BS EN 12513, DIN 1695) или из материала MMC с керамическим наполнителем.

В третичных роторных дробилках с горизонтальным валом, как и в первичных и вторичных роторных дробилках с горизонтальным валом, используется главный вал из кованой стали марки SAE 4340. Главный вал соединяется с блоком дисков коническими зажимными кольцами (RING FEDER). В системе опор используются двухрядные сферические роликоподшипники тяжёлого режима с зазором C3 марки SKF или эквивалентной. В качестве корпусов подшипников используются корпуса типа SKF SNL или эквивалентные.

Приводной шкив также соединяется с главным валом стандартными коническими зажимными кольцами. Диаметр приводного шкива обычно составляет около 800 мм; окружные скорости ротора составляют 30-60 м/с у дробилок с 4 билами и 50-75 м/с у дробилок с 2 билами.

Третичные роторные дробилки с ротором с двумя билами имеют максимальный размер загрузки 80 мм и используются для получения при низкой производительности мелкого материала — песка.

С дробилками типа TDK 10/05/2, TDK 10/05/4, TDK 10/10/2 и TDK 10/10/4 с ротором с 4 и 2 билами Таблица 1 были получены указанные продукты в указанных условиях.

График 1 показывает кривые продукта, полученные при разных скоростях для материалов разного размера и типа для дробилки TDK 10/05/4.

Таблица 1 Размеры продукта, полученные в различных условиях с различными дробилками

Корпус третичной роторной дробилки с горизонтальным валом

Корпус дробилки — самый критичный компонент конструкции с точки зрения прочности и удобства обслуживания. В корпусах MEKA выделяются симметричная конструкция, широкие смотровые люки и футеровки на болтах.

Рисунок 5 показывает типичный корпус третичной роторной дробилки с горизонтальным валом (MEKA). Корпус дробилки обычно составляет одно целое с несущей рамой. На передней и задней сторонах корпуса имеется симметричный, двухсекционный смотровой люк, спроектированный для лёгкого открывания вручную, охватывающий почти всю поверхность и соединённый с неподвижным корпусом с помощью рычажно-шарнирного механизма. Задние поверхности люков покрыты износостойкими футеровками, закреплёнными болтами. На других сторонах корпуса также имеется по одному шарнирному смотровому люку.

Толщина листа корпуса составляет 10-15 мм.

Дробящие и размольные плиты

Дробящие и размольные плиты — это основные компоненты, определяющие качество конечного продукта. Они изготавливаются из стальных материалов с высокой износостойкостью.

Дробящие плиты третичных дробилок с горизонтальным валом обычно проектируются в двух частях: дробящая и размольная дорожки.

В первых конструкциях обе дорожки находились на одной дробящей плите. В последние годы дробящие плиты проектируются в двух частях: дробящие плиты и размольные плиты. Зазор между каждой частью и ротором регулируется отдельно с учётом взаимного расположения частей.

Рисунок 7 показывает дробящую плиту третичной роторной дробилки с горизонтальным валом производства MEKA.

Материалы футеровки и долговечность

Футеровки дробящей плиты крепятся к дробящей плите либо болтовой системой, либо методом вставки в гнездо плит.

В чём разница между дроблением и размолом?

В третичных роторных дробилках с горизонтальным валом первое дробление материала, поступающего в дробилку, происходит за счёт удара била и удара о дробящую плиту; последующее измельчение происходит за счёт размола материала при его прохождении через размольную дорожку. Поэтому срок службы футеровок дробящих и размольных плит по износу очень важен. По этой причине эти футеровки изготавливаются достаточного размера, а их материалы изготавливаются специально в зависимости от типа дробимого материала.

Толщина футеровки дробящей плиты в среднем составляет около 90 mm. В зависимости от типа дробимого материала, для малоабразивных пород они изготавливаются из аустенитного стального литья с высоким содержанием Mn (сталь HADFIELD), тогда как для очень абразивных материалов (таких как речной гравий, базальт) они изготавливаются из высокохромистого белого чугуна или из материала с керамическим или TiC наполнителем MMC (METAL MATRIX COMPOSITE).

Как мы уже отмечали, листы люков третичной дробилки, контактирующие с материалом, также покрываются футеровками из стали HADFIELD толщиной 30 мм. Эти футеровки крепятся к корпусу болтами; в некоторых конструкциях для лёгкой замены используется также специальное клиновое соединение.Рисунок 8 показывает такую форму соединения.

На дробящих плитах, изготовленных сварной конструкцией, толщина листов, к которым крепятся футеровки, варьируется от 20 до 40 мм. Толщина усиливающих листов на их задней поверхности также варьируется, в зависимости от конструкции, от 30 до 40 мм. Диаметры шарнирных осей дробящих плит составляют около 70-80 мм, а диаметры пальцев вилки регулировочной тяги — около 50-60 мм.

Системы регулировки дробящей плиты

К заголовку следует добавить вступление: В современных третичных дробилках гидравлические системы автоматически регулируют зазор и обеспечивают защиту от попадания металлического материала.

В роторных дробилках с горизонтальным валом обычно используются полностью гидравлические системы регулировки зазора. В этой системе разные компании используют разные устройства, чтобы металлический материал, попавший в камеру дробления, не повредил дробилку. Наиболее классической из них является пружинная система, как в первичных и вторичных роторных дробилках с горизонтальным валом. На Рисунке 9 мы видим роторную дробилку с горизонтальным валом, на которой применена эта система.

Также возможно принять гидравлические меры против повреждений, вызванных посторонним металлическим материалом. С помощью датчиков, соединённых со штоком гидроцилиндра, обнаруживается внезапное повышение давления; зазор немедленно раскрывается, что обеспечивает удаление металлического материала из камеры дробления, а затем возврат зазора в исходное положение. Кроме того, с помощью магнитострикционного датчика линейного положения, установленного внутри гидроцилиндра, обеспечивается измерение и контроль зазора.

Многие компании, производящие роторные дробилки с горизонтальным валом, оснащённые полностью гидравлическими системами регулировки, используют механические стопорные рычаги, чтобы предотвратить ситуацию, при которой после возможной неисправности гидравлической системы дробящая плита входит в границы круга вращения ротора и наносит дробилке чрезмерный ущерб. Эти рычаги шарнирно соединяются с дробящей плитой из отдельной точки вместе с гидроцилиндром и препятствуют движению дробящей плиты к ротору в случае выхода гидроцилиндра из строя.

Система загрузки третичной дробилки

Система загрузки напрямую влияет на производительность и степень износа дробилки. В разработках MEKA система вибрационного питателя обеспечивает однородный поток материала и повышает эффективность.

Одним из важнейших факторов, влияющих на производительность третичных дробилок, является подача в дробилку по всей ширине ротора с одинаковой толщиной материала и одинаковой производительностью. Таким образом, повышается производительность дробилки, а также увеличивается срок службы изнашиваемых деталей. Поэтому наиболее подходящим методом в системе загрузки дробилки является использование бункера ёмкостью около 5-15 m3 и установленного под ним вибрационного или ленточного питателя, соответствующего производительности дробилки. На Рисунке 10 мы видим третичную дробилку MEKA, загружаемую подходящим вибрационным питателем.

Как рассчитывается производительность третичной роторной дробилки?

Расчёт производительности выполняется в зависимости от скорости ротора, мощности двигателя и свойств материала. В таблицах ниже показаны результаты, полученные в различных условиях. При расчёте производительности третичных дробилок следуют примеру и порядку, применяемым для вторичной дробилки.

В свете факторов, указанных в Таблице 2, Таблице 3 и Таблице 4, производительность третичной роторной дробилки с горизонтальным валом:

Q = (N / W) * f_t * f_p * f_m

мы можем рассчитать по формуле. Эти таблицы приведены ещё раз ниже.

• N: Используемая мощность двигателя, kW
• W: Удельная мощность дробления, kWh/тонна
• W = 11 * Wi * (1 / TP)
• Wi: Приблизительная требуемая удельная энергия для дробилки, kWh/т
• TP: Рабочий индекс
• P: Размер квадратной ячейки, через которую проходит 80 % продукта (материала, выходящего из дробилки) - микрон
• F: Размер квадратной ячейки, через которую проходит 80 % материала, загружаемого в дробилку - микрон (мелкий материал должен быть отсеян из загружаемого материала)
• f_t: Фактор конструкции
• f_p: Фактор скорости

f_m: Фактор материала