Повний посібник із конусних і роторних дробарок з вертикальним валом та причина їх спільного використання на заводах дроблення-грохочення заповнювача і руди

У цій статті ми розглянемо принципи роботи, будову, елементи, а також розрахунки продуктивності та потужності конусних дробарок і роторних дробарок з вертикальним валом третинного типу, які утворюють нерозривну пару як вторинні та третинні дробарки на заводах із виробництва заповнювача, де подрібнюють переважно вулканічні породи, такі як базальт, граніт, діабаз тощо. Ми пояснимо причину їх спільного використання. Ми наведемо приклади заводів, де вони застосовуються.

Конусні дробарки Hidrokon

Конусні дробарки — це дробарки стиснення.

Рисунок 1 ми бачимо розріз конусної дробарки типу Hidrokon та основні елементи, що утворюють цю дробарку. Головний вал дробарки ексцентрично встановлений усередині деталі, що називається ексцентриком, яка змонтована в нижній рамі, приводиться в рух системою конічних шестерень і обертається з певною частотою гірації. Головний вал також встановлений у павукоподібній опорі (spider), розташованій у верхній частині верхньої рами. Головний вал спирається на упорний підшипник, розташований над гідравлічним поршнем (hydroset), закріпленим на нижній рамі дробарки. Цей підшипник сприймає осьові навантаження, що припадають на головний вал. На конічну маточину, пов'язану з головним валом дробарки, кріпиться конусна рухома броня (mantle). На внутрішній частині верхньої рами кріпиться конічна нерухома броня (concave) спеціальної форми.

Система hydroset — це гідравлічний циліндр, який регулює зазор між рухомою бронею (mantle) та нерухомою бронею (concave), тобто контролює розмір продукту.

Рисунок 1 Розріз та елементи конусної дробарки Hidrokon — На Рисунку 1 ми бачимо розріз третинної роторної дробарки з горизонтальним валом та основні елементи дробарки.

Під час роботи рухома броня наближається та віддаляється від нерухомої броні по всьому колу 360°, чинячи тиск на матеріал. Тобто конусну дробарку можна визначити як щокову дробарку з нескінченною кількістю щік.

Принцип дроблення конусної дробарки показано на Рисунок 2.

Рисунок 2 Пояснення принципу дроблення конусної дробарки

Формула продуктивності Роуза та Інгліша

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: Робочий індекс Бонда

D: Діаметр чаші

L_MAX: Значення налаштування відкритої сторони (OSS)

L_MIN: Значення налаштування закритої сторони (CSS)

R: Ступінь подрібнення

K: Статистичний коефіцієнт. Для м'яких матеріалів, таких як вугілля та кокс K = 0,5, для твердих матеріалів, таких як кварц і граніт K = 1

ρ_s: Питома вага подрібнюваного матеріалу

Формула потужності двигуна Роуза та Інгліша

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

P: Потужність двигуна, KW

W_i: Робочий індекс Бонда

Q: Продуктивність, TPH

F₈₀: Розмір, крізь який проходить 80% матеріалу, що подається, мікрон

P₈₀: Розмір, крізь який проходить 80% подрібненого матеріалу, мікрон

Формула швидкості гірації конусної дробарки:

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

n: Частота обертання гірації конусної дробарки, RPM

μ: Коефіцієнт тертя між сталлю та подрібнюваним матеріалом (у межах 0,2–0,3)

d: Максимальний розмір продукту, cm

α: Кут між поверхнею дробильного конуса та горизонталлю

Розрахунок зусилля дроблення

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: Швидкість гірації, RPM

F_B: Зусилля дроблення, kN

N: Потужність двигуна, KW

x: Відстань між твірними конуса, mm

α: Половина кута конуса

β: Кут гірації

Роторні дробарки з вертикальним валом третинного типу

Принцип роботи роторних дробарок з вертикальним валом третинного типу

Ротор цих дробарок закритого типу і повністю футерований кам'яною постіллю. Ротор працює як високошвидкісний кам'яний насос: він надає високу швидкість матеріалу, що потрапляє в нього, і забезпечує високошвидкісний потік каменю до групи дробильних плит, утвореної кам'яною полицею, закріпленою на корпусі, забезпечуючи таким чином дроблення каменю об камінь (rock on rock). Швидкість частинок, що вилітають з ротора, може досягати 100 м/с.

Окрім матеріалу, що надходить усередину ротора, певна кількість матеріалу також контрольовано подається ззовні ротора, що створює щільність у камері дроблення і таким чином покращує передачу енергії. Керуючи цією кількістю матеріалу, що подається ззовні ротора, а також використовуючи такі змінні, як діаметр і швидкість ротора, контролюють такі змінні, як гранулометрія продукту, продуктивність і величина зношування.

Рисунок 3 показано принцип дроблення третинних дробарок з вертикальним валом.

Рисунок 3 Принцип роботи роторних дробарок з вертикальним валом третинного типу

Основні елементи роторних дробарок з вертикальним валом третинного типу

Рисунок 4 показано основні елементи роторної дробарки з вертикальним валом третинного типу. Коротко, основні елементи цих дробарок:

Вузол дробильного кільця
Вузол даху
Вузол головного вала
Вузол основи

Він складається з цих вузлів.

Рисунок 4 Елементи роторної дробарки третинного типу

Ротор подібний до «серця» роторної дробарки з вертикальним валом третинного типу. Його завдання — надати матеріалу, що подається, кінетичну енергію, яка перетвориться на енергію напружень, необхідну для його дроблення, тобто розігнати його. Особливість роторів дробарок третинного типу полягає в тому, що їхні ротори закритого типу: місце метальних башмаків відкритих роторів займають скупчення каменю, що утворюються всередині ротора. Ротор зазвичай має 3 порти, розташовані під кутом 120° один до одного. Скупчення каменю утворюються на виходах портів, на кромці, де матеріал вилітає з високою швидкістю, між наконечниками з карбіду вольфраму та захисними пластинами.

Рисунок 5 показано вигляд ротора та елементи роторної дробарки з вертикальним валом третинного типу, а на Рисунку 6 — загальний вигляд та елементи камери дроблення роторної дробарки з вертикальним валом третинного типу.

Рисунок 5 Вигляд ротора та елементи роторної дробарки з вертикальним валом третинного типу

Рисунок 6 Загальний вигляд камери дроблення роторної дробарки з вертикальним валом третинного типу

Аналіз продуктивності та потужності роторних дробарок з вертикальним валом третинного типу

Аналіз за формулою Бонда

При розрахунку питомої потужності дроблення в дробарках з вертикальним валом третинного типу формула Бонда дає результат, що суттєво відрізняється від фактичного значення. Тому, як відомо, це формула, що ґрунтується на робочому індексі W_i.

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

N = W * Q

W: Приблизна питома енергія, необхідна для дроблення, Kwh/t

W_i: Робочий індекс

P: Розмір квадратної комірки, крізь який проходить 80% продукту (матеріалу, що виходить з дробарки) – мікрон

F: Розмір квадратної комірки, крізь який проходить 80% матеріалу, що подається в дробарку – мікрон (дрібний матеріал має бути відсіяний з матеріалу, що подається)

N: Необхідна потужність двигуна, KW

Q: Продуктивність, тонн/годину

Якщо розглянути криві продукту в роторних дробарках з вертикальним валом третинного типу, у першій частині крива йде здебільшого з малим нахилом, тобто в цій частині ступінь подрібнення низький; ближче до останньої частини нахил зростає і ступінь подрібнення збільшується. З цієї причини під час застосування формули Бонда P₈₀, значення в діапазоні P₃₅ – P₄₀ слід використовувати замість нього.

Для швидких розрахунків можна використати Графік 1.

Таблиця 1 наведено робочий індекс та інші фізичні властивості різних матеріалів.

НАЗВА ПОРОДИ	ТИП ПОРОДИ	РОБОЧИЙ ІНДЕКС W_i	ПИТ. ВАГА (t/m³) ρ	НАСИПНА ГУСТ. (t/m³) γ	ІНДЕКС ЗНОШУВАННЯ A_i	МІЦНІСТЬ НА СТИСК MPa
Андезит	Вулканічна	16 ± 2	2,6-2,8	1,6	0,5	170 - 300
Амфібол	Метаморфічна	16 ± 3	2,8 – 3,0	1,7	0,2 - 0,45	-
Пісковик	Осадова	10 ± 3	2,7	1,6	0,1 - 0,9	30-180
Базальт	Вулканічна	20 ± 4	2,9 – 3,0	1,8	0,2 ± 0,1	300 – 400
Вапняк	Осадова	12 ± 3	2,7	1,6	0,001 – 0,03	80 - 180
Вуглець	Осадова	14 ± 4	1,0 – 1,8	0,8	-	-
Клінкер	-	-	-	1,2	-	-
Кокс	-	-	-	0,6	-	-
Діабаз	Вулканічна	19 ± 4	2,8-2,9	1,7	0,3 ± 0,1	250 - 350
Діорит	Вулканічна	19 ± 4	2,7 – 2,8	1,6	0,4	170 – 300
Доломіт	Осадова	12 ± 3	2,7	1,6	0,01 – 0,05	50 - 200
Габро	Вулканічна	20 ± 3	2,9-3,0	1,8	0,4	170 – 300
Гнейс	Метаморфічна	16 ± 4	2,7	1,6	0,5 ± 0,1	200 – 300
Граніт	Вулканічна	16 ± 6	2,7	1,6	0,55 ± 0,1	200 – 300
Гематит	Осадова	-	5,1	2,2 – 2,4	0,35 ± 0,2	-
Магнетит	Осадова	-	5,7	2,2 – 2,4	0,50 ± 0,2	-
Мармур	Метаморфічна	12 ± 3	2,7	1,6	0,001 – 0,03	80 - 180
Порфір	Вулканічна	18	2,7	1,6	0,1 – 0,9	180 – 300
Кварцит	Метаморфічна	16 ± 3	2,7	1,6	0,75 ± 0,1	150 – 300
Сієніт	Вулканічна	19 ± 4	2,7 – 2,8	1,6	0,4	170 – 300
Кремінь (Роговик)	Метаморфічна	18 ± 3	2,8	1,65	0,7	150 - 300

Таблиця 1 Робочий індекс та інші фізичні властивості різних матеріалів

Графік 1 Питома потужність дроблення залежно від швидкості на кінці ротора в дробарках VSI третинного типу

Причина використання конусної дробарки як вторинної та роторної дробарки з вертикальним валом як третинної

Оскільки конусна дробарка є дробаркою стиснення, продукт, отриманий з неї, має внутрішні напруження та волосяні (капілярні) тріщини. Крім того, він має лещадну структуру; показники лещадності та видовження не перебувають на бажаному рівні. З цих причин його неможливо безпосередньо просіяти та використати у виробництві бетону та будівництві доріг. Продукт, отриманий з конусної дробарки, необхідно повторно подрібнити на третій стадії дробаркою ударного типу, щоб зняти внутрішні напруження та надати йому кубоподібної форми.

Як ми вже зазначали, конусні дробарки використовуються як ефективні вторинні дробарки для твердих і абразивних вулканічних порід, таких як базальт, граніт, діабаз та річковий камінь. Після цих дробарок зазвичай не застосовують роторну дробарку з горизонтальним валом. Замість неї використовують роторні дробарки з вертикальним валом, спроектовані за принципом дроблення каменю об камінь.

Приклади заводів, де конусна дробарка використовується як вторинна, а дробарка з вертикальним валом — як третинна

1- Завод дроблення та грохочення базальту продуктивністю за продуктом 200 TPH для виробництва заповнювача для бетону

На заводі використовуються щокова дробарка 1100*900 з двигуном 132 KW, конусна дробарка, еквівалентна METSO HP 300, з двигуном 200 KW, та дробарка з вертикальним валом з діаметром ротора ∅990 і двигунами 2*250 KW.Рисунок 5 показано технологічну схему установки, а на Графік 2 показано криву продукту для швидкості на кінці ротора 60 м/с.

Рисунок 5 Технологічна схема заводу з виробництва базальтового заповнювача для бетону

Графік 2 Крива на виході дробарки VSI з діаметром ротора ∅990

2- Завод дроблення, грохочення та промивання річкового матеріалу з розміром живлення 0-300 mm

На заводі дроблять річковий матеріал з максимальним розміром живлення 300 mm і виробляють заповнювач для бетону. Це текучий річковий матеріал, не дуже забруднений. Після відділення природного піску щокова та конусна дробарки використовуються для зменшення каменю до розміру, який може дробити дробарка з вертикальним валом. Продуктивність заводу за живленням становить 300 TPH; після відбору 108 TPH природного піску 0-4 виробляється 192 TPH заповнювача для бетону зі щебеню.

Графік 3 показано криву живлення річкового матеріалу, на Рисунок 6 — технологічну схему установки, а на Графік 4 показано криву на виході дробарки з вертикальним валом.

Графік 3 Крива живлення річкового матеріалу

Рисунок 6 Технологічна схема заводу дроблення, промивання та грохочення річкового матеріалу

Графік 4 Крива на виході дробарки з вертикальним валом

Suphi Yavuz

Інженер-механік, магістр

MMO реєстр. № 9219