Характеристика процесса измельчения, его энергоемкость, критерии оценки качества измельчения. Классификация машин для дробления.

Измельчение – это процесс последовательного уменьшения размеров кусков твердого материала от первоначальной (исходной) крупности до требуемой.

В зависимости от конечной крупности кусков материала различают следующие основные виды измельчения, мм.

Дробление:

крупное.............................................................................................. 100…350

среднее................................................................................................. 40…100

мелкое...................................................................................................... 5…40

Помол:

грубый..................................................................................................... 5…0,1

тонкий................................................................................................ 0,1…0,05

сверхтонкий...................................................................................... менее 0,05

Основным параметром, характеризующим процесс измельчения, является степень измельчения i, под которой понимают отношение средневзвешенных размеров кусков исходного материала к размерам кусков готового продукта:

. (1)

Средневзвешенный размер

, (2)

где d₁, d₂,…,d_n – средний размер классов;

m₁, m₂,…, m_n – содержание данных классов, %.

Любое производство СМ можно представить в виде сочетаний определенного количества технологических операций.

Классификация машин для измельчения

Дробилки – машины для измельчения крупнокусковых материалов (300-1200мм) до размера 20-400мм.

Мельницы предназначены для измельчения материалов крупностью 3-20 мм до 1-0,001 мм и менее.

Дробилки:

· Щековые

· Валковые

· Конусные

· Ударного действия

· Бегуны

Мельницы:

· Барабанные

· Среднеходные

· Быстроходные

· Ударного действия

· Вибрационные

· Струйные.

В машинах, предназначенных для измельчения материалов, в зависимости от ее назначения и принципа действия могут быть использованы следующие нагрузки (рис. 2): раздавливание, удар, раскалывание, излом, истирание.

Рис. 2. Схемы методов измельчения:

а – раздавливание, б – удар, в – раскалывание, г – излом, д – истирание

В большинстве случаев различные нагрузки действуют одновременно, например, раздавливание и истирание, удар и истирание и т.д.

Принудительные схемы измельчителей показаны на рис. 3. В щековых дробилках материал измельчается раздавливанием, раскалыванием и частичным истиранием в пространстве между щеками при их сближении. Конусные дробилки основаны на принципе излома,

Рис. 3. Принципиальные схемы измельчителей:

I – дробилки; а – щековая; б – конусная; в – валковая; г – шнековая; д – молотковая; II – мельницы; а – шаровая; б – шаровая вибрационная; в – дезинтегратор; г – аэромобильная; д – струйная; е – бегуны; 1 – материал; 2 – воздух

частичного истирания и раздавливания между двумя конусами. В валковых дробилках материал раздавливается между валками, вращающимися навстречу друг другу, а также в случае различной скорости вращения валков имеет место и истирание. Измельчение материала в шнековых дробилках происходит за счет среза и частичного истирания куска рабочим органом агрегата. В дробилках ударного действия (молотковых, роторных) материал измельчается ударом молотков и бил, а также истиранием.

Шаровые мельницы применяются в основном для тонкого и сверхтонкого помола материала. Измельчение кусков происходит во вращающимся или вибрирующем барабане с помощью загруженных в него мелющих тел ударом и истиранием частиц материала мелющими телами и друг с другом. Дезинтеграторы и аэромобильные мельницы относятся к аппаратам ударного действия, в которых материал измельчается ударом быстро вращающихся рабочих органов по частицам материала, повторным соударением частиц с отражательными элементами, а также между собой. Особенностью аэромобильных мельниц является то, что разгрузка материала происходит восходящим потоком воздуха, подаваемого в рабочую камеру агрегата. Струйные мельницы предназначены для сверхтонкого измельчения материала. Помол материала происходит в результате трения и соударения частиц материала одна о другую, а также о стенки камеры при движении материала в воздушном потоке большой скорости.

18. Расчет основных параметров щековой дробилки: кинематика, Q, n, α.

Ширина загрузочного отверстия В должна обеспечивать свободный прием кусков максимальной крупности, поэтому должно быть соблюдено условие

Ширина выходной щели b связана с максимальной крупностью кусков в готовом продукте зависимостью

Рис. 3. Схема для определения параметров щековой дробилки:

а – рационального угла a захвата; б – частоты вращения эксцентрикового вала; в – производительности.

Для определения высоты рабочей камеры дробилки вычисляют угол a между подвижной и неподвижной дробящими плитами. Этот угол называют углом захвата и должен быть таким, чтобы материал, находящийся между щеками, при сжатии щеками разрушался, а не выталкивался вверх.

Определение угла захвата.

На кусок материала, зажатый между щеками (рис.3), действуют усилия F и равнодействующая этих усилий R, причем

Силы трения, вызванные сжимающими усилиями, равны fF и действуют на кусок материала против направления выталкивающей силы, поэтому при выталкивании куска материала они направлены вниз, где f коэффициент трения скольжения твердой породы по металлу f=0,3. Вертикальная составляющая силы трения Ffcos(a/2) направлена в сторону, противоположную действию сил, выталкивающих кусок из дробилки. Усилие F дробления раскладывается на вертикальную fsin(a/2) и горизонтальную Fcos(a/2) составляющие. Исходя из условия равновесия куска материала в дробилке под действием

или

Из курса теоретической механики известно, что f=tga(здесь a – угол трения), получаем

или

Из формулы следует, что дробление возможно, когда угол захвата равен или меньше двойного угла трения. На практике a принимается равным 18…22⁰.

Определение частоты вращения эксцентрикового вала.

Дробленый материал из рабочей камеры выпадает под действием силы тяжести при отходе щеки в крайнее правое положение. За время отхода подвижной щеки от неподвижной кусок под действием силы тяжести должен успеть опуститься на расстояние h (рис.4) и выйти из камеры дробления, т.е. частота вращения эксцентрикового вала должна быть такой, чтобы время t отхода подвижной щеки из крайнего левого положения в крайнее правое было равно времени, необходимому для прохождения свободно падающим телом h

Ширина выходной щели b=e+s_м, где е – расстояние между дробящими плитами в момент их максимального сближения; s_м – ход подвижной щеки в нижней точке камеры дробления.

Время отхода щеки равно

,

где h – частота вращения эксцентрикового вала, с^-1.

Путь h, пройденный телом за время t, может быть определен по формуле

Из рис. 4 следует, что

тогда , откуда

окончательно частота вращения вала

Кроме того, имеются следующие эмпирические зависимости для расчета частоты вращения вала щековых дробилок:

при В £ 600 мм n = 17 b^-0,3

при В £ 900 мм n = 13 b^-0,3, где b в мм.

Производительность щековых дробилок. За один оборот эксцентрикового вала из рабочей камеры выпадает некоторый объем материала V (м³), заключенный в призме высотой h (на рис. 4 заштрихованный участок).

Производительность дробилки (м³/с)

,

где m – коэффициент, учитывающий разрыхление материала в объеме призмы и равный 0,4…0,45.

Объем призмы ,

где А – площадь трапеции, определяемая

; ,

тогда ,

где L – длина призмы, равная длине камеры дробления.

Окончательно получим объемную производительность

массовая производительность щековой дробилки

,

где g – плотность материала, кг/м³.