Конструктивная эволюция машин для подготовки руд к обогащению

Конструктивная эволюция машин для подготовки руд к обогащению

Известно, что дробление и измельчение наиболее дорогостоящие процессы подготовки руд к обогащению по количеству расходуемой энергии, стоимости ремонта, замены быстроизнашивающихся элементов, а также по первоначальной стоимости самого оборудования технологического процесса, требующего применения высококачественных металлов.

Отсюда ясна актуальность проблемы снижения капитальных и эксплуатационных затрат на основное технологическое оборудование для подготовки руд к обогащению.

В системотехнике известен принцип соответствия свойств операнда системы преобразования (в нашем случае горные породы и руды) технологическим и физическим принципам действия обрабатывающих систем (дробильного и измельчительного оборудования).

Известно также, что функциональные свойства машин жестко связаны с их конструктивной схемой (структурой) и способом воздействия на операнд [1, 2]. Углубленное и всестороннее изучение конструктивной эволюции определенного класса технических систем (TS) позволяет набрать определенную сумму фактов и сформулировать закономерности ее строения и развития. Познание таких закономерностей позволяет облегчить и сократить сроки поиска новых, эффективных и перспективных технических решений [1, 3].

Практика горного дела показала, что для большинства горных пород при механическом способе воздействия, для процесса разрушения характерно хрупкое разрушение и в наибольшей степени хрупкость горных пород проявляется при ударном воздействии.

Если расположить в ряд по убыванию прочность горных пород при различных способах воздействия, то получим следующий ряд σсж > τ > σи, где σсж – прочность породы на сжатие, МПа; τ – прочность на сдвиг, МПа; σр - прочность на растяжение МПа.

Как видим, наибольшего сопротивления нагрузкам следует ожидать при воздействии сжатием. Вместе с тем, подавляющая часть дробилок, эксплуатирующихся на горных предприятиях, работают как раз, используя принцип сжатия породы. Это дробилки щековые, конусные, валковые. Таким образом, как видно, на практике используется не самый эффективный способ воздействия. Такое положение дел объясняется тем, что технически осуществить принцип сжатия конструктивно оказалось достаточно просто, и эти машины работают надежно и обеспечивают требуемую производительность.

Первая дробилка использующая сжатия при дроблении – это щековая дробилка появились в США в середине девятнадцатого века, и получила широкое промышленное применение. Как отмечалось, дробление дорогостоящий процесс, в связи с этим конструкторы XIX века направили свои усилия на разработку оптимального механизма дробления, который позволил бы снизить затраты на процесс дробления.

Щековая дробилка является универсальной машиной, и используется для разрушения горных пород любой крепости, шлаков, лигатур сплавов из черных и цветных металлов. Наиболее надёжными и распространенными в эксплуатации оказались две разновидности щековых дробилок: с простым качанием щеки (ЩДП) и дробилки со сложным качанием щеки (ЩДС).

К функциональным критериям оценки дробилок и мельниц относятся производительность Q т/ч, степень дробления (измельчения) i, к технологическим критериям - трудоемкость изготовления (технологичность), к экономическим - удельная энергоемкость на единицу обработанной продукции Е/т, здесь Е - расход энергии кВт・ч, важным критерием являются габаритные размеры. Ориентируясь на эти критерии, и будем оценивать ту или иную конструктивную схему.

К недостаткам щековых дробилок следует отнести:

1) относительная низкая производительность из-за периодичности действия;

2) значительные динамические нагрузки на фундамент при колебаниях подвижной щеки, что приводит к существенным капитальным затратам.

Первый из приведенных недостатков отсутствует у конусных дробилок, и за счет непрерывности рабочего процесса производительность этих дробилок в несколько раз выше, чем у щековых.

Однако у конусных дробилок крупного дробления проявляется еще один существенный недостаток - большая строительная высота. В сочетании со значительной динамичностью рабочего процесса это приводит к большим капитальным затратам и росту эксплуатационных затрат при перефутеровке чаши и дробящего конуса.

Эти два недостатка конусных дробилок устранены в дробилке КВКД производства НКМЗ (Украина), которая была разработана в конце семидесятых годов ХХ века. Новые свойства дробилки были достигнуты за счет придания вращательного движения и чаше и дробящему конусу, при этом привод верхнего расположения установлен на корпусе и вращает чашу. Дробящий конус приводится в движение за счет сил трения при защемлении дробимого материала в камере дробления. Такие конструктивные решения позволили в 1,4 раза снизить габариты и уравновесить рабочий орган.

Вместе с тем, для всех типов конусных дробилок характерна высокая трудоемкость производства, так как крупногабаритные корпусные элементы выполняются методом литья.

Перечисленные недостатки отсутствуют у дробилок дисковых (А.С. № 1734276, 1500322, патент РФ № 2014116). Они разделяются на два типа с горизонтальной и вертикальной осью вращения рабочих органов. Первый тип дробилок может использоваться на всех стадиях дробления, второй по производительности ближе к щековым дробилкам.

Преимущества этих дробилок заключаются в следующем:

1) динамически уравновешенные рабочие органы;

2) корпусные элементы сварной конструкции, что позволяет значительно снизить их себестоимость при изготовлении;

3) корпусы дисковых дробилок с горизонтальной осью вращения унифицированы для всех стадий дробилок, что также обеспечит снижение их себестоимости;

4) габаритные размеры и масса дисковых дробилок в 1,4 – 1,5 раза меньше чем у щековых и конусных дробилок.

И еще одно замечание. Все три типа дробилок обеспечивают относительно низкую степень дробления, которая изменяется в пределах от 3 до 5. Поэтому показателю их значительно превосходят дробилки ударного действия роторного, молоткового и центробежного типа [4].

Степень дробления ударных дробилок может достигать 10-12. Кроме того удельная энергоемкость на единицу массы дробленого материала значительно ниже. Однако область применения роторных и молотковых дробилок ограничивается неабразивными горными породами типа доломитов и известняков. По этой причине применение таких дробилок для дробления руд черных и цветных металлов крайне ограничено.

Основным оборудованием, на котором производится измельчение руд и строительных материалов являются барабанные мельницы. Барабанные мельницы - это полый барабан на 30-50% заполненный измельчаемым материалом и мелющими телами. При вращении мелющие тела (шары, стержни) и измельчаемый материал сначала движутся по круговой траектории вместе с барабаном, а затем переходят в фазу свободного падения по параболической траектории. Материал измельчается в результате истирания при относительном перемещении мелющих тел и частиц материала, а также вследствие удара при взаимодействии с футеровкой барабана. Из-за низкого КПД барабанных мельниц (менее 0,05) процесс измельчения отличается самой высокой энергоёмкостью и стоимостью из всех операций подготовительного передела.

Альтернативой барабанным мельницам могут быть устройства, основанные на новых принципах действия. К таким устройствам относятся мельницы динамического самоизмельчения типа «МАЯ», которые в сравнении с традиционными мельницами имеют на порядок выше удельную производительность на один кубический метр рабочего объема мельницы, при сопоставимом качестве продукта измельчения и отсутствии критических зерен [5,6]. К этому же классу машин относятся центробежные дробилки роторного типа, которые при соответствующих условиях могут использоваться и как измельчительные машины для получения тонкодисперсного материала. Существенно интенсифицировать рабочий процесс в мельницах МАЯ и центробежных дробилках удалось за счет того, что в них используются центробежные силы, которые возникают при взаимодействии измельчаемого материала с вращающимся ротором и при взаимодействии с футеровкой корпуса.

Таким образом, повышение функциональных, экономических и технологических параметров дробильного оборудования удалось достичь при переходе от циклично действующих машин к машинам непрерывного действия. А также при переходе к другим геометрическим формам рабочих органов. Интенсификация рабочего процесса основного измельчительного оборудования - барабанных мельниц стала возможна при переходе к центробежным машинам.

Список литературы

1. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. Пособие для студентов втузов. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.

2. Рот К. Конструирование с помощью каталогов / Пер. с нем. В.И. Борзенко и др.; под ред. Б.А. Березовского. – М. Машиностроение. 1995. – 420 с.

3. Хубка В. Теория технических систем /Пер. с нем. – Мир.: Мир. 1987.– 208 с.

4. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации/ Б.В. Клушанцев, А.И. Косарев, Ю.А. Муйземнек. – М.: Машиностроение, 1990.- 320 с: ил.

5. Патент РФ № 2078613 Способ измельчения материалов // Хетагуров В.Н. Опубл. в Б.И. №20, 1997.

6. Патент РФ №2084787 Мельница // Хетагуров В.Н., Ильяшик В.П., Чужинов А.И. Опубл. в Б.И. № 20 1997.

Саитов В. И.

ФБГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Источник: https://elibrary.ru