Що таке третинна роторна дробарка і як вона працює?

Третинні роторні дробарки виконують останню стадію дроблення на дробильно-сортувальних установках, забезпечуючи отримання кінцевого розміру у виробництві заповнювачів. У цій статті ми розглядаємо принципи роботи, переваги та технічні деталі, зосереджуючись на третинних дробарках з горизонтальним валом.

Що таке третинна роторна дробарка?

Третинні дробарки, як правило, призначені для дроблення надрешітного продукту та надлишкового небажаного матеріалу з діапазонів готового продукту, подрібненого та просіяного у вторинних дробарках. Третинні роторні дробарки, що застосовуються на дробильно-сортувальних установках, поділяються на дві групи: третинні роторні дробарки з горизонтальним валом та третинні роторні дробарки з вертикальним валом. Зокрема, у гірничодобувному секторі, на установках, де переробляються тверді та абразивні руди і в якості вторинних дробарок використовуються конусні дробарки, третинні роторні дробарки найчастіше є дробарками з вертикальним валом. У секторі заповнювачів, навпаки, на установках, де в якості вторинних використовуються роторні дробарки з горизонтальним валом, третинні роторні дробарки найчастіше є роторними дробарками з горизонтальним валом. На установках, де переробляються вулканічні породи, такі як базальт, граніт і подібні до них, і в якості вторинних дробарок використовуються конусні дробарки, застосовуються, як і в гірничодобувному секторі, третинні роторні дробарки з вертикальним валом.

Ці відмінності дозволяють вибрати правильне рішення залежно від сфери застосування дробарки та потрібного розміру продукту.

Переваги та сфери застосування третинних роторних дробарок з горизонтальним валом

Третинні роторні дробарки з горизонтальним валом особливо переважні в секторах заповнювачів та гірничодобувної промисловості. Нижче ви знайдете основні переваги, характерні для цих дробарок.

Найважливіші переваги третинних роторних дробарок з горизонтальним валом такі:

• Максимальний розмір матеріалу, який вони можуть дробити, більший, ніж у роторних дробарок з вертикальним валом. На деяких дробарках він може досягати 200 мм.
• Останніми роками досягнення в галузі металургії уможливили застосування третинних роторних дробарок з горизонтальним валом не лише для неабразивних матеріалів, а й для абразивного річкового матеріалу та вулканічних порід. Однак сьогодні для вулканічних порід частіше застосовуються третинні дробарки з вертикальним валом.
• Повністю симетрична конструкція ротора та камери дроблення дозволяє дробарці працювати в обох напрямках. Широкі, повністю відкривні двері з обох боків дробарки забезпечують дуже зручний доступ для обслуговування, завдяки чому терміни обслуговування значно скорочуються.
• У більшості цих дробарок у камері дроблення з кожного боку є по дві дробильні плити. Верхня плита називається дробильною плитою, нижня — розмельною плитою. Футеровки, що легко встановлюються на ці плити, спроектовані залежно від мети дроблення чи розмелювання. Зазор між дробильними та розмельними плитами і ротором легко та повністю гідравлічно регулюється, і протягом усього часу роботи забезпечується стабільний розподіл продукту.
• Продукт, що отримується з дробарки, має структуру без тріщин, міцну, кубоподібної форми, дуже придатну для виробництва бетону та дорожнього будівництва.

Конструкція та основні компоненти третинної роторної дробарки з горизонтальним валом

Ефективна робота третинної роторної дробарки з горизонтальним валом залежить від узгодженої роботи кожного компонента, від конструкції ротора до дробильних плит. У цьому розділі поетапно описуються конструктивні елементи дробарки.

Оскільки розміри матеріалу, що подається в третинні роторні дробарки, менші, ніж у первинних та вторинних роторних дробарках, і продуктивність дробарки також нижча, ніж у первинних та вторинних роторних дробарок, камери дроблення цих дробарок менші; отже, діаметри та ширина ротора, моменти інерції ротора, ширина дробильних плит та розміри корпусу менші. На Рисунку 2 ми бачимо технічні характеристики третинних роторних дробарок з діаметром ротора ∅ 1000 мм та основні елементи системи опор.

Ротор третинної роторної дробарки з горизонтальним валом

У третинних дробарках ротор — це основний компонент, у якому поєднуються крутний момент та енергія удару. В інженерних розробках MEKA геометрія ротора розроблена так, щоб оптимізувати потік матеріалу та збільшити як ефективність дроблення, так і термін служби бил.

Конструкція ротора та вибір матеріалів

Хоча в різних компаній різні конструкції ротора третинної роторної дробарки, як і у вторинних роторних дробарках, є втулка вала, виготовлена з лиття або товстостінної труби. Диски ротора виготовляються або з гарячекатаної сталі марки St 37-2 (S 235JR), або зі сталевого лиття марки GS 38, GS 45. Товщина дисків становить близько 60-75 мм, і вони приварюються до втулки вала (DN 250 SCH 160 або еквівалент), виготовленої з тягнутої сталевої труби з товщиною стінки 25-40 мм або зі сталевого лиття, або ж між дисками частинами приварюється товстостінна труба (з виконанням відповідних зварювальних фасок). Після зварювання застосовується відпал для зняття напружень. Залежно від розміру дробарки кількість дисків змінюється від 2 до 6.

Монтаж бил та зносостійкість

У місцях проходження бил приварюються посадкові деталі била; у деяких конструкціях поверхня дисків повністю закривається захисними деталями дисків, відлитими зі зносостійкого лиття, знімними та з'єднаними штифтовою системою.

Оскільки в третинних роторних дробарках з горизонтальним валом камера дроблення невелика, диски контактують з матеріалом більше, ніж у вторинних та первинних роторних дробарках. Тому застосовуються два методи. Найефективніший метод — використання захисних деталей дисків, відлитих зі сталі Гадфілда, з'єднаних з дисками штифтовою або болтовою системою.

Після того як била дробарки встановлені шляхом бокового засування в гнізда блока дисків, для запобігання їх осьовому переміщенню приблизно 20 mm завтовшки вони фіксуються з'єднувальними деталями. Ці деталі кріпляться болтами M 12 в заглибленнях на зовнішніх поверхнях крайніх дисків та у відповідних їм заглибленнях бил дробарки. Рисунок 4 показує нам цю форму з'єднання.

Діаметри ротора третинних роторних дробарок з горизонтальним валом зазвичай становлять близько ∅1000 мм - ∅1300 мм, а ширина ротора вибирається в межах 500, 1000, 1500, 2000 мм. Била дробарки виготовляються зі сталі Гадфілда (аустенітне марганцевисте сталеве лиття EN10349), якщо матеріал для дроблення — вапняк або подібний малоабразивний матеріал. Якщо матеріал для дроблення абразивний, вони виготовляються з високохромистого білого чавуну (ASTM A532, BS EN 12513, DIN 1695) або з матеріалу MMC з керамічним наповнювачем.

У третинних роторних дробарках з горизонтальним валом, як і в первинних та вторинних роторних дробарках з горизонтальним валом, використовується головний вал з кованої сталі марки SAE 4340. Головний вал з'єднується з блоком дисків конічними затискними кільцями (RING FEDER). У системі опор використовуються дворядні сферичні роликопідшипники важкого режиму із зазором C3 марки SKF або еквівалентної. Як корпуси підшипників використовуються корпуси типу SKF SNL або еквівалентні.

Привідний шків також з'єднується з головним валом стандартними конічними затискними кільцями. Діаметр привідного шківа зазвичай становить близько 800 мм; колові швидкості ротора становлять 30-60 м/с у дробарок з 4 билами та 50-75 м/с у дробарок з 2 билами.

Третинні роторні дробарки з ротором з двома билами мають максимальний розмір завантаження 80 мм і використовуються для отримання за низької продуктивності дрібного матеріалу — піску.

З дробарками типу TDK 10/05/2, TDK 10/05/4, TDK 10/10/2 та TDK 10/10/4 з ротором з 4 та 2 билами Таблиця 1 було отримано зазначені продукти в зазначених умовах.

Графік 1 показує криві продукту, отримані за різних швидкостей для матеріалів різного розміру та типу для дробарки TDK 10/05/4.

Таблиця 1 Розміри продукту, отримані за різних умов різними дробарками

Корпус третинної роторної дробарки з горизонтальним валом

Корпус дробарки — найкритичніший компонент конструкції з точки зору міцності та зручності обслуговування. У корпусах MEKA вирізняються симетрична конструкція, широкі оглядові люки та футеровки на болтах.

Рисунок 5 показує типовий корпус третинної роторної дробарки з горизонтальним валом (MEKA). Корпус дробарки зазвичай становить одне ціле з несучою рамою. На передній та задній сторонах корпусу є симетричний, двосекційний оглядовий люк, спроектований для легкого відкривання вручну, що охоплює майже всю поверхню та з'єднаний з нерухомим корпусом за допомогою важільно-шарнірного механізму. Задні поверхні люків покриті зносостійкими футеровками, закріпленими болтами. На інших сторонах корпусу також є по одному шарнірному оглядовому люку.

Товщина листа корпусу становить 10-15 мм.

Дробильні та розмельні плити

Дробильні та розмельні плити — це основні компоненти, що визначають якість кінцевого продукту. Вони виготовляються зі сталевих матеріалів з високою зносостійкістю.

Дробильні плити третинних дробарок з горизонтальним валом зазвичай проектуються у двох частинах: дробильна та розмельна доріжки.

У перших конструкціях обидві доріжки розташовувалися на одній дробильній плиті. Останніми роками дробильні плити проектуються у двох частинах: дробильні плити та розмельні плити. Зазор між кожною частиною та ротором регулюється окремо з урахуванням взаємного розташування частин.

Рисунок 7 показує дробильну плиту третинної роторної дробарки з горизонтальним валом виробництва MEKA.

Матеріали футеровки та довговічність

Футеровки дробильної плити кріпляться до дробильної плити або болтовою системою, або методом вставлення в гніздо плит.

У чому різниця між дробленням та розмелюванням?

У третинних роторних дробарках з горизонтальним валом перше дроблення матеріалу, що надходить у дробарку, відбувається за рахунок удару била та удару об дробильну плиту; подальше подрібнення відбувається за рахунок розмелювання матеріалу під час його проходження через розмельну доріжку. Тому термін служби футеровок дробильних та розмельних плит за зносом дуже важливий. З цієї причини ці футеровки виготовляються достатнього розміру, а їх матеріали виготовляються спеціально залежно від типу матеріалу для дроблення.

Товщина футеровки дробильної плити в середньому становить близько 90 mm. Залежно від типу матеріалу для дроблення, для малоабразивних порід вони виготовляються з аустенітного сталевого лиття з високим вмістом Mn (сталь HADFIELD), тоді як для дуже абразивних матеріалів (таких як річковий гравій, базальт) вони виготовляються з високохромистого білого чавуну або з матеріалу з керамічним чи TiC наповнювачем MMC (METAL MATRIX COMPOSITE).

Як ми вже зазначали, листи люків третинної дробарки, що контактують з матеріалом, також покриваються футеровками зі сталі HADFIELD завтовшки 30 мм. Ці футеровки кріпляться до корпусу болтами; у деяких конструкціях для легкої заміни використовується також спеціальне клинове з'єднання.Рисунок 8 показує таку форму з'єднання.

На дробильних плитах, виготовлених зварною конструкцією, товщина листів, до яких кріпляться футеровки, змінюється від 20 до 40 мм. Товщина підсилювальних листів на їх задній поверхні також змінюється, залежно від конструкції, від 30 до 40 мм. Діаметри шарнірних осей дробильних плит становлять близько 70-80 мм, а діаметри пальців вилки регулювальної тяги — близько 50-60 мм.

Системи регулювання дробильної плити

У сучасних третинних дробарках гідравлічні системи автоматично регулюють зазор та забезпечують захист від потрапляння металевого матеріалу.

У роторних дробарках з горизонтальним валом зазвичай використовуються повністю гідравлічні системи регулювання зазору. У цій системі різні компанії використовують різні пристрої, щоб металевий матеріал, що потрапив у камеру дроблення, не пошкодив дробарку. Найкласичнішою з них є пружинна система, як у первинних та вторинних роторних дробарках з горизонтальним валом. На Рисунку 9 ми бачимо роторну дробарку з горизонтальним валом, на якій застосована ця система.

Також можливо вжити гідравлічних заходів проти пошкоджень, спричинених стороннім металевим матеріалом. За допомогою датчиків, з'єднаних зі штоком гідроциліндра, виявляється раптове підвищення тиску; зазор негайно розкривається, що забезпечує видалення металевого матеріалу з камери дроблення, а потім повернення зазору у вихідне положення. Крім того, за допомогою магнітострикційного датчика лінійного положення, встановленого всередині гідроциліндра, забезпечується вимірювання та контроль зазору.

Багато компаній, що виробляють роторні дробарки з горизонтальним валом, оснащені повністю гідравлічними системами регулювання, використовують механічні стопорні важелі, щоб запобігти ситуації, за якої після можливої несправності гідравлічної системи дробильна плита входить у межі кола обертання ротора та завдає дробарці надмірної шкоди. Ці важелі шарнірно з'єднуються з дробильною плитою з окремої точки разом з гідроциліндром і перешкоджають руху дробильної плити до ротора у разі виходу гідроциліндра з ладу.

Система завантаження третинної дробарки

Система завантаження безпосередньо впливає на продуктивність та ступінь зносу дробарки. У розробках MEKA система вібраційного живильника забезпечує однорідний потік матеріалу та підвищує ефективність.

Одним з найважливіших факторів, що впливають на продуктивність третинних дробарок, є подача в дробарку по всій ширині ротора з однаковою товщиною матеріалу та однаковою продуктивністю. Таким чином, підвищується продуктивність дробарки, а також збільшується термін служби зношуваних деталей. Тому найбільш підходящим методом у системі завантаження дробарки є використання бункера місткістю близько 5-15 m3 та встановленого під ним вібраційного чи стрічкового живильника, що відповідає продуктивності дробарки. На Рисунку 10 ми бачимо третинну дробарку MEKA, що завантажується придатним вібраційним живильником.

Як розраховується продуктивність третинної роторної дробарки?

Розрахунок продуктивності виконується залежно від швидкості ротора, потужності двигуна та властивостей матеріалу. У таблицях нижче показано результати, отримані за різних умов. Під час розрахунку продуктивності третинних дробарок дотримуються прикладу та порядку, застосовуваних для вторинної дробарки.

У світлі факторів, зазначених у Таблиці 2, Таблиці 3 та Таблиці 4, продуктивність третинної роторної дробарки з горизонтальним валом:

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

ми можемо розрахувати за формулою. Ці таблиці наведено ще раз нижче.

• N: Використовувана потужність двигуна, kW
• W: Питома потужність дроблення, kWh/тонна
• W = 11 * Wi * (1 / TP)
• Wi: Приблизна потрібна питома енергія для дробарки, kWh/т
• TP: Робочий індекс
• P: Розмір квадратної комірки, через яку проходить 80 % продукту (матеріалу, що виходить з дробарки) - мікрон
• F: Розмір квадратної комірки, через яку проходить 80 % матеріалу, що завантажується в дробарку - мікрон (дрібний матеріал має бути відсіяний із завантажуваного матеріалу)
• f_t: Фактор конструкції
• f_p: Фактор швидкості

f_m: Фактор матеріалу