2.2 Конспект лекционных занятий

Лекция №1.

Введение. Цветная и черная металлургия.

Введение. Металлургия – одна из ведущих отраслей промышленности, определяющих темпы развития и технический прогресс народного хозяйства. В настоящее время из минерального сырья, перерабатываемого предприятиями, извлекается до ²/₃ элементов, представлен­ных в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Руды цветных и редких металлов имеют низкое содержание ценных компонен­тов. Отсюда ясно, что в процессе производства цветных металлов добы­вают и перерабатывают значительный объем горной массы, что требует больших затрат труда и материальных средств. Если для выплавки 1 т чугуна нужно добыть 3-4 т руды, то, например, для получения 1 т меди необходимо переработать 120-150 т, а для получения 1 т олова, молибдена или вольфрама 1700—2500 т руды.

При современном техническом уровне обогащения рудного сырья и больших объемах производства стала рентабельной добыча и перера­ботка сравнительно бедных руд сложного состава, содержащих два и более металла.

На обогатительную фабрику руда поступает в виде кусков различ­ных размеров. Наибольшие куски руды, поступившие из рудников под­земной добычи, достигают 300-600 мм, а из рудников открытой добы­чи - до 1500 мм. Чтобы выделить полезный продукт, эти куски подвергают многократному дроблению до мельчайших частиц размером 74мкм и менее. Только таким способом пока можно отделить окропления рудно­го вещества от пустой породы, осуществить процесс обогащения и полу­чить концентрат, пригодный для эффективной переработки в металлур­гических цехах. На заводы тяжелых цветных металлов обычно посту­пают концентраты, содержащие от 20 до 50% металла.

Обогащение руды выполняется в водной среде (мокрые процессы). Для этого требуется большой расход воды (4-5 м³ на 1 т руды). По­этому обогатительные фабрики размещают в местности, где есть запа­сы воды. В случае расположения фабрики в непосредственной близости к подземному руднику создается возможность доставлять на фабрику (при помощи подъемной шахтной установки) руду, прошедшую пер­вичное дробление под землей, а отходы обогащения (хвосты, пески) направить в подземные выработки для заполнения, выработанного про­странства. Для создания необходимого перепада высоты руду сразу под­нимают как можно выше (иногда до 85 м), чтобы потом она перемещалась по следующим ступеням дробления самотеком.

Если местность имеет естественный уклон 10—25°, фабрику воздви­гают на склоне и оборудование устанавливают ступенями (каскадами). Использование самотечного перемещения материалов (руды, концент­ратов, промежуточных продуктов, пульп) позволяет упростить гидро­транспорт, уменьшить количество насосов, достигающее на некоторых фабриках 400—500 ед.

В случае раздельного размещения (т.е. на разные промплощадках) рудника и фабрики для транспортирования руды используют автомаши­ны, железнодорожные вагоны, подвесные канатные дороги, ленточные конвейеры.

Иногда бывает экономически выгодно перекачивать концентрат с обогатительной фабрики на завод по трубопроводу (имеются такие трубопроводы длиной до 30 км), а обезвоживание и сушку концентрата выполнять на заводе.

На дальние расстояния концентрат перевозят по железной дороге в специальных контейнерах, чтобы предотвратить его потери при транспортировании и перегрузке.

Руды цветных металлов содержат обычно два металла и более.

Современные технология обогащения и технологическое оборудование дают возможность эффективно получать из сложных руд несколько концентратов (свинцовый, цинковый, медный, никелевый, пиритный и др.) с вы­соким коэффициентом извлечения металла. Внедрение новых прогрессивных процессов в металлургии позволяет более полно использовать сырье за счет извлечения металлов, в том числе редких и рассеянных (индий, иттрий, тантал и др.) из промпродуктов, шлака, металлургической пыли и газов. Многообразие технологических процессов и операций, особенно на металлургических заводах, где производство почти каждого металла осуществляется по специфической технологии, обусловливает примене­ние многочисленного и разнообразного технологического оборудования: печей, машин, аппаратов и механизмов. На предприятиях отрасли считывается свыше 400 видов и несколько тысяч типоразмеров механического и технологического оборудования, различного по сроку службы и конструктивному исполнению. В настоящем учебнике рассмотрены только некоторые виды важнейшего технологического оборудования.

Современная обогатительная фабрика является высокомеханизиро­ванным предприятием с большим числом одновременно действующих машин и механизмов. Все технологическое оборудование на фабрике - от машин крупного дробления до устройств выдачи конечной продукции (концентрата) - связано конвейерами и гидротранспортом в единую механизированную систему, механотехнологическую цепь. Каждое зве­но этой цепи должно обеспечивать длительную непрерывную работу, так как неполадки в оборудовании нарушают технологический процесс, приводят к снижению извлечения металла из руды и тем самым к увели­чению его потерь.

Металлургия располагает крупными фабриками про­изводительностью 30-60 тыс. т. в сутки и выше, оснащенными высоко­производительным оборудованием.

Обогатительные фабрики имеют в основном типовые и стандартизи­рованные машины, дробилки, мельницы и др., используемые также на обогатительных фабриках черной металлургии и в горно-химической промышленности. Специфическим является только оборудование, в ко­тором осуществляются процессы обогащения: флотационные, отсадоч­ные машины, сепараторы и пр.

Эти устройства подвергаются интенсивному абразивному и гидроаб­разивному износу в результате взаимодействия с частицами руды, не­редко имеющими твердость 14-20 ед. по шкале Протодьяконов, близ­кую к твердости алмаза.

На металлургических заводах применяют преимущественно индиви­дуальное оборудование единичного изготовления, разрабатываемое от­раслевыми проектными исследовательскими институтами и конструк­торскими организациями применительно к технологическим процессам, для которых оно предназначено. На пирометаллургических заводах, где металлургическое сырье обрабатывают при высоких температурах, т.е. огневым способом (в отражательных, шахтных, шлаковозгоночных, рудоплавильных, обжиговых печах, в кипящем слое и др.), оборудование подвергается разрушающему воздействию расплавов и горячих газов (до 1400-1500°).

Агрегаты и аппараты гидрометаллургических цехов и заводов под­вергаются также активному воздействию агрессивных сред (суспензий, растворов), содержащих серную кислоту. В некоторых технологических переделах агрессивное разъедание сочетается с гидроабразивным изно­сом рабочих органов (мешалки, фильтры, насосы и др.).

Характерной особенностью основного оборудования обогатительных фабрик являются большие размеры и масса, сравнительная простота конструкции рудоразмольных мельниц, усреднителей, сгустителей и др., вслед­ствие чего это оборудование ремонтируется на месте.

Эксплуатация оборудования, работающего в условиях непрерывного технологического процесса, предъявляет высокие требования к его кон­струкции и качеству изготовления. Наряду с общими требованиями (большие удельная производительность и к.п.д.), возможно меньшая масса, малое число простых в изготовлении и надежных в работе дета­лей, простота в обслуживании, ремонте и управлении, особо важное зна­чение имеют эксплуатационная надежность оборудования, герметич­ность корпусов и соединений, а также безопасность обслуживания.

Под эксплуатационной надежностью подразумевается максимально возможная долговечность оборудования и особенно тех его частей, ко­торые находятся в непосредственном контакте с перерабатываемым или транспортируемым материалом.

Модернизация оборудования является одним из основных резервов производства, его интенсификации и повышения производительности труда. Обновление оборудования осуществляется двумя путями: заме­ной физически и морально изношенных машин и оборудования и совершенствованием машин и механизмов, действующих в ходе ремонтов (ремонтная модернизация).

Литература: 1осн. [8-13]; 2осн. [15-34]; 3осн. [9-11]; 1доп. [6-11].

Контрольные вопросы:

1. Какой металл производится в черной металлургии.

2. Перечислите стадии производства металла.

3. В каких условиях работает механическое оборудование в металлургии.

4. По какому моменту определяется мощность двигателя при нормальном режиме работы машины.

5. Как определяется коэффициент перегрузки двигателя.

6. Что такое ПВ.

Лекция №2

Тема лекции: Дробильное оборудование. Общие сведения о процессе дробления и измельчения. Типы дробильных машин. Расчет дробилок.

Основные методы дробления и типы дробильных машин. В машине, предназначенной для дробления материалов, в зависимости от ее, назначения и принципа действия используются следующие виды нагрузок: раздавливание (рис. 4, а), удар (рис. 4, б), раскалывание (рис. 4, в), излом (рис. 4, г), истирание (рис. 4, д).

Рисунок 4. Схемы методов дробления

В большинстве случаев различные виды нагрузок действуют одновременно, например, раздавливание и истирание, удар и истирание и т.д. Необходимость в различных видах нагрузок, а также в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин для измельчения вызывается многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов, а также различными требованиями к крупности готового продукта.

По принципу действия различают дробилки:

1. Щековые (рис.5, а), в которых материал раздрабливается под действием раздавливания, раскалывания и частичного истирания в пространстве между двумя щеками при их периодическом сближении.

2. Конусные (рис. 5, б), в которых материал раздрабливается раздавливанием, изломом, частичным истиранием между двумя коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отношению к другой, осуществляя тем самым непрерывное дробление материала.

3. Валковые (рис. 5, в), в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу один другому. Нередко валки вращаются с разной частотой и тогда раздавливание материала сочетается с его истиранием.

4. Ударного действия, которые, в свою очередь, разделяются на молотковые (рис. 5, г) и роторные (рис. 5, д). В молотковых дробилках материал измельчается в основном ударом по нему шарнирно подвешенных молотков, а также истиранием. В роторных дробилках дробление достигается в результате удара по материалу жестко закрепленных к ротору бил, удара материала об отражательные плиты и ударов кусков материала один о другой.

Некоторые измельчающие машины (бегуны и дезинтеграторы) можно отнести к дробилкам и к мельницам, так как они применяются и для грубого помола, и для меткого дробления.

Рисунок 5. Схемы машин для дробления

Щековые дробилки. В металлургии щековые дробилки, в основном применяются для крупного

и среднего дробления. Принцип работы щековой дробилки заключается в следующем.

В камеру дробления, имеющую форму клина и образованную двумя щеками, из которых одна в большинстве случаев является неподвижной, а другая подвижной подается материал, подлежащий дроблению. Благодаря клинообразной форме камеры дробления куски мате­риала располагаются по высоте камеры в зависимости от их круп­ности – более крупные вверху, менее крупные – внизу. Подвиж­ная щека периодически приближается к неподвижной, причем при сближении щек (ход сжатия) куски материала раздрабливаются, при отходе подвижной щеки (холостой ход) куски материала продви­гаются вниз под действием силы тяжести или выходят из камеры дробления, если их размеры стали меньше наиболее узкой части камеры, называемой выходной щелью, или занимают новое положе­ние, соответствующее своему новому размеру. Затем цикл повто­ряется.

Рисунок 6 – Кинематические схемы щековых дробилок

Щековая дробилка изобретена в 1858 г. американцем Блейком.

В зависимости от кинематических особенностей механизма щековые дробилки можно разделить на две основные группы:

1. Дробилки, у которых движение от кривошипа к подвижной щеке передается определенной кинематической цепью. При этом траектории движения подвижной щеки представляют собой части дуги окружности. Эти машины называются щековыми дробилками с простым движением подвижной щеки.

2. Дробилки, у которых кривошип и подвижная щека образуют единую кинематическую пару. В этом случае траектории движения точек подвижной щеки представляют собой замкнутые кривые, чаще всего эллипсы. Дробилки с такой кинематикой называются щековыми дробилками со сложным движением подвижной щеки.

Конусные дробилки. Конусные дробилки являются высоко производительными машинами и широко используются при переработке различных горных пород на всех стадиях дробления. В зависимости от назначения разделяют конусные дробилки для крупного (ККД), среднего (КСД) и мелкого (КМД) дробления.

Дробилки ККД характеризуются шириной приемного отверстия и в зависимости от типоразмера могут принимать куски горной по­роды размером 400-1200 мм, имеют выходную щель 75-300 мм и производительность 150-2300 м³/ч.

Отечественная промышленность выпускает следующий ряд дробилок ККД: 500, 900, 1200, 1500 мм (по ширине приемного отверстия). Дробилки КСД и КМД характеризуются диаметром основания подвижного конуса и выпускаются размером 600, 900 мм (КСД); 1200, 1-1750, 2200 мм (КСД и КМД). Проводятся работы по созданию дробилок с диаметром конуса 2500 и 3000 мм.

Дробилки КСД принимают куски размером 60-300 мм: размер их выходной щели 12-60 мм, производительность 12-580 м³/ч.

Дробилки КМД принимают куски размером 35-100 мм; имеют выходную щель размером 3-15 мм, производительность 12-220 м³/ч.

Рисунок 7 – Кинематические схемы конусных дробилок

В конусных дробилках материал разрушается в камере дробления, образованной двумя коническими поверхностями, из которых одна (внешняя) неподвижная, а другая (внутренняя) подвижная.

Кинематические схемы конусных дробилок показаны на рис 7, а (схема ККД) и рис. 7, б (схема КСД и КМД).

Подвижный конус 2 крепится на валу 3, нижний конец которого вставлен в эксцентриковую втулку 4 так, что ось вала образует с осью вращения (осью дробилки) некоторый угол, называемой углом прецессии. У дробилок ККД вал подвижного конуса шарнирно крепится вверху к траверсе 1..

Подвижный конус дробилок КСД и КМД опирается на сферический подпятник 5. Вал конуса не имеет, верхнего крепления и поэтому эти дробилки называются конусными дробилками с консольным валом. Эксцентриковая втулка получает вращение от приводного устройства, при этом подвижный конус получает качательное (гирационное) движение.

У дробилок ККД центр качания конуса находится наверху в точке подвеса, у дробилок с консольным валом он также находится наверху в точке пересечения оси вала и оси дробилки.

При работе дробилки ось вала описывает коническую поверхность с вершиной в точке О, при этом образующие поверхности подвижного конуса поочередно приближаются к неподвижному конусу, а затем удаляются от него, т.е. подвижный конус как бы перекатывается по неподвижному (через слой материала), благодаря чему и осуществляется непрерывное дробление материала. Таким образом, конусная дробилка в принципе работает также как щековая, с той лишь разницей, что дробление в конусной дробилке происходит непрерывно, т. е. в любой момент времени происходит сближение какого-либо участка поверхности подвижного конуса с неподвижным и раздрабливание материала в этом месте, в то время как на диаметрально противоположной стороне подвижный конус отходит от неподвижного.

На рисунке 8 показан разрез типовой конструкции конусной дробилки ККД. Камера дробления дробилки образована двумя коническими поверхностями, вершины которых направлены в противоположные стороны; подвижного конуса вверх, неподвижного вниз. Благодаря такой схеме и малым углам у вершин конусов обеспечивается большое расстояние между дробящими конусами вверху у загрузочного отверстия при необходимом угле захвата и тем самым обеспечивается воз­можность приема и дробления крупных кусков материала. В техниче­ской литературе такие дробилки часто называются длинно конусными дробилками или дробилками с крутым конусом.

На массивную станину дробилки 1 крепится корпус, состоящий из двух частей: нижней 2 и верхней 3, соединенных болтами. Внутренние поверхности корпуса футерованы сменными плитами 4 из высокомарганцовистой стали, образующими дробящую поверхность неподвижного конуса.

Рисунок 8 – Конусная дробилка для крупного дробления

К фланцу верхней части корпуса крепится траверса 5, лапы которой защищены от износа сменными плитами 6 из марганцовистой стали. В средней части траверсы расположен узел подвески вала подвижного конуса, защищенный сверху колпаком 7.

На главный вал дробилки 8 жестко насажен подвижный конус 9, он футерован сменным дробящим конусом из высокомарганцовистой стали 10, поверхность которого образует дробящую поверхность подвижного конуса.

В центре нижней части станины расположен стакан эксцентрика 15, в который вставлена эксцентриковая втулка 11. Эксцентриковая втулка, ось цилиндрической наружной поверхности которой совпадает с вертикальной осью дробилки, имеет наклонную цилиндрическую расточку, эксцентричную относительно вертикальной осью дробилки. В эту расточку вставляется нижний конец вала подвижного конуса, верхний конец которого шарнирно крепится в узле подвески.

К эксцентриковой втулке крепится коническая шестерня 12, находящаяся в зацеплении с конической шестерней приводного вала 13. Последний через муфту соединен с приводным шкивом 14. Эксцентриковый узел является наиболее напряженным узлом дробилки, воспринимающим значительные нагруз­ки. Для обеспечения нормальных усло­вий трения скольжения в парах вал под­вижного конуса - эксцентриковая втул­ка и эксцентриковая втулка - стакан эксцентрика, внутреннюю наклонную расточку и наружную поверхность эксцентриковой втулки заливают баб­битом или же устанавливают бронзо­вые или биметаллические вкладыши.

При вращении эксцентриковой втулки ось вала подвижного конуса описывает коническую поверхность с вершиной в точке подвеса. Угол прецессии для дробилок ККД составляет около 30 мин. Понятно, что при заданном эксцентриситете радиус вращения оси подвижного конуса зависит от расстояния до точки подвеса, т. е. от высоты ка­меры дробления, и чем ближе к точке подвеса, тем ход сжатия по­движного конуса меньше. На отечественных дробилках ККД в зоне загрузочного отверстия радиус конуса вращения равен приблизи­тельно 5 мм, т. е. полный размах, составляет около 10 мм. В зоне вы­ходной щели радиус равен примерно 30 мм.

На наиболее мощных дробилках ККД с шириной приемного от­верстия 1200 мм и более применяется двух двигательный (двусторонний) привод, как это показано на рис. 16. Привод дробилки меньших типоразмеров осуществляется одним электродвигателем. Второй дви­гатель на крупных дробилках устанавливают для пуска дробилок в том случае, если камера дробления заполнена материалом, т. е. находится «под завалом».

Валковые дробилки. Основным рабочим органом валковой дробилки является цилиндрический валок, вращающийся на горизонтальной оси. Подлежащий дроблению материал подается сверху, затягивается между валками или валком и футеровкой камеры дробления и в результате этого дробится.

По конструктивному исполнению валковые дробилки бывают одно-, двух- и четырех валковые. В последнем случае одна пара валков располагается над другой, т.е. четырех валковая дробилка может рассматриваться как две двухвалковые дробилки, смонтированные в один корпус.

Поверхности валков бывают гладкие, рифленые, ребристые и зубчатые. Сочетания дробящих поверхностей может быть различным: например, оба валка могут иметь гладкую поверхность, или один гладкую, другой – рифленую и т.д.

При одинаковом диаметре рифленые и зубчатые валки могут захватывать более крупные куски материала, чем гладкие. Так, если D – диаметр валка, d – диаметр куска материала, то при дроблении пород средней прочности соотношение D/ d для гладких валков составляет 17-20, для рифленых и зубчатых 2-6.

Рисунок 9 – Принципиальная схема двухвалковой дробилки

Промышленные валковые дробилки имеют диаметр валка 400-1500 мм и длина у, равный 0,4-1,0 диаметра (длина зубчатых валков может быть больше, чем диаметр).

Валковые дробилки применяют для среднего и мелкого дробления материалов в основном средней прочности (до σ_сж = 150 МН/м²) на гладких и рифленых валках и мягких (до σ_сж = 80 МН/м²) - на зуб­чатых валках.

В промышленности строительных материалов наиболее распространены двухвалковые дробилки. Такие дробилки особенно удобны для измельчения влажных и вязких материалов (например, глин), так как другие дробильные машины забиваются подобными материа­лами, а на валковых дробилках могут быть установлены специальные скребки, снимающие налипший материал с поверхности валков.

Рисунок 10 – Кинематические схемы валковых дробилок.

Принципиальная схема двухвалковой дробилки показана на рис. 9. Валки вращаются навстречу один другому и дробят попавший между ними материал, раздавливая его при этом и частично исти­рая. Иногда для увеличения истирающего эффекта, необходимого при измельчении некоторых материалов, валкам сообщают разную окружную скорость.

Подшипники вала одного из валков опираются на пружины и могут перемещаться. В результате этого при попадании недробимого предмета один валок может отойти от другого и пропустить недробимый предмет, после чего под действием пружин возвратится в исходное положение.

Привод валков осуществляется так, как показано на рис. 10. От двигателя через клиноременную и шестеренчатую передачи при­водится во вращение один валок, другой валок связан с первым шестернями с удлиненными зубьями, допускающими отход валков при пропуске недробимых предметов (рис. 10, а). Такое кинематическое решение довольно сложно, кроме того, оно не обеспечивает нормальную работу шестерен-с удлиненными зубьями в условиях динамических нагрузок и абразивной пыли. Поэтому в последнее время каждый валок стали приводить от электродвигателя (рис. 10, б) или через редуктор и карданные валы (рис. 10, в).

Дробилки ударного действия. В дробилках ударного действия дробимый материал разрушается под действием механического удара, при котором кинетическая энер­гия движущихся тел полностью или частично переходит в энергию их деформации и разрушения.

В отличие от рассмотренных дробилок, сжимающих кусок между двумя дробящими поверхностями, в дробилках ударного действия кусок материала обычно подвергается воздействию только с одной стороны, а возникающие при этом усилия дробления уравновеши­ваются силами инерции массы самого куска.

Дробилки ударного действия применяют в основном для измельчения малоабразивных материалов средней прочности (известняка, доломитов, мергеля, угля, каменной соли и т. п.). В некоторых слу­чаях из-за технологических особенностей производства дробилки ударного действия используют и при переработке материалов с по­вышенной прочностью и абразивностью (например, асбестовых руд, шлаков и т. п.). Эти машины отличаются следующими технико-эксплуатационными преимуществами:

- большой степенью дробления (до 50), что позволяет сократить число стадий дробления;

- большой удельной производительностью (на единицу массы машины);

- простотой конструкции и удобством обслуживания;

- избирательностью дробления и более высоким качеством готового продукта по форме зерен.

По конструктивному решению основного узла машины - ротора, дробилки ударного действия разделяют на два основных типа: роторные и молотковые.

Первые имеют массивный ротор, на котором жестко закреплены сменные била из износостойкой стали. Дробилки с таким ротором можно применять для дробления крупных кусков сравнительно прочных материалов, т.е. для первичного дробления, а также на последующих стадиях. Так как в ударе по куску принимает участие вся масса ротора и именно это определяет отличительные особенности и свойства машины, то данные дробилки названы роторными. В мо­лотковых дробилках дробление осуществляется за счет кинетической энергии молотков, шарнирно подвешенных к ротору. Особенности этих машин определяются конструкцией молотка и поэтому они названы молотковыми.

Материал, подлежащий дроблению, загружают в дробилку сверху. Под действием силы тяжести он падает или скользит по лотку и попадает под действие бил или молотков быстро вращающегося ротора. В результате удара билом или молотком кусок разрушается, и его осколки разлетаются широким сектором (~90°) и отбрасы­ваются на футеровку - отбойные плиты или колосники, образую­щие камеру дробления. Ударяясь о футеровку, материал дополни­тельно измельчается и, отражаясь, снова попадает под действие ротора. Это повторяется многократно, пока куски материала, до­стигнув определенной крупности, не выйдут сквозь разгрузочную щель или щель колосниковой решетки на разгрузку.

В некоторых случаях кусок материала, получив эксцентричный удар, начинает вращаться вокруг своего центра тяжести со скоростью, близкой к скорости рабочего органа дробилки (примерно 30 м/с) и разрушается, так как при этом от действия центробежных сил в куске материала возникает напряжение σ_р ⋲ 10 МН/м², что превышает предел прочности при растяжении для многих горных пород.

Таким образом, в дробилках ударного действия материал измельчается в результате удара о быстро движущийся рабочий орган, соударения кусков один о другой, удара о неподвижную футеровку камеры дробления, а также под действием центробежных сил.

Литература: 1осн. [143-216]; 3осн. [32-65]; 4осн. [3-30];

1доп. [54-119]; 2доп. [21-107]; 3доп [74-154].

Контрольные вопросы:

1. Основные законы дробления.

2. Стадии дробления.

3. Как определяется степень дробления.

4. Типы дробильных машин.

5. Принцип работы щековой дробилки с простым качанием щеки.

6. Основные узлы конусной дробилки.

Лекция №3

Тема лекции: Измельчительное оборудование. Классификация мельниц.

Важнейшим технологическим процессом при производстве металлов является измельчение исходных материалов до частиц размером менее десятых долей мм.

Энергоемкость процесса помола большая. Однако на измельчение материалов расходуется лишь часть энергии, потребляемой помольной машиной. Значительная часть ее теряется в виде тепла, звука, а также на изнашивание рабочих органов и т. д. Учитывая, что тонкому измельчению подвергаются большие массы материалов (сотни миллионов тонн), становится очевидной экономическое значение совершенствования этого процесса и оборудования.

В современном производстве для помола материалов используют мельницы.

Мельницы по принципу действия разделяют на:

1) барабанные (рис. 11, а, б, в), в которых материал измельчается во вращающемся (рис. 11, а) или вибрирующем (рис. 11, б) барабане при помощи загруженных в барабан мелющих тел, или без тел ударами и истиранием частиц материала один о другой и о футеровку барабана (рис. 11, в);

Рисунок 11 – Схемы машин для помола

2) среднеходные, в которых материал измельчается раздавливанием и частичным истиранием между каким-либо основанием и рабочей поверхностью шара, валка, ролика. На рис. 11, г показана схема ролико-маятниковой мельницы. Ролик прижимается центро­бежной силой к борту чаши и измельчает материал, попадающий между бортом и роликом;

3) ударные (рис. 11, д), в которых материал измельчается ударом шарнирных (шахтные мельницы), или жестко закрепленных (аэробильные мельницы) молотков. Продукт, достигший определенной тонины помола, выносится из зоны действия молотков воздушным потоком;

4) струйные (рис. 11, е), где материал измельчается в результате трения и соударения частиц материала одна о другую, а также о стенки камеры при движении частиц воздушным потоком большой скорости.

Рисунок 12 – Схема движения шаров в барабанной мельнице

В барабанных мельницах материал измельчается внутри полого вращающегося барабана, в который помещены мелющие тела (шары, стержни). При вращении барабана мелющие тела и материал (называемые в дальнейшем «загрузкой») сначала движутся по круговой траектории (левый нижний квадрант на рис. 12), а затем, отрываясь от стенки, падают по параболе. Помол материала осуществляется в результате истирания при относительном перемещении шаров и частиц материала, а также удара шаров по материалу при падении их с некоторой высоты.

Барабанные мельницы классифицируют по режиму работы – периодического (рис. 13, а) и непрерывного (рис. 13, б-д) действия; по способу помола – сухого и мокрого помола; по способу загрузки и разгрузки материалов – с загрузкой и разгрузкой через люк (рис. 13, а), с загрузкой и разгрузкой через пустотелые цапфы (рис. 13 б, д), с загрузкой через цапфу и разгрузкой сквозь стенки барабана (рис. 13, в).

Барабан мельницы приводится во вращение через зубчатый венец (рис. 13, е) или через центральную, цапфу (рис. 13, ж).

Рисунок 13 – Основные схемы барабанных мельниц

Барабанные мельницы могут работать в открытом или замкнутом цикле. В последнем случае выведенный из мельницы материал, подвергается сортировке (сепарации) и крупные частицы (негабарит) возвращаются в мельницу на домел. При такой схеме работы материал, измельченный до требуемого размера частиц, непрерывно удаляется из мельницы, что повышает эффективность ее работы. Шаровые мельницы характеризуются внутренним диаметром барабана и его рабочей длиной.

Материал загружается в мельницу (рис. 14) сквозь отверстие в крышке 1 барабанным питателем 2, имеющим внутреннюю спиралевидную перегородку, по которой материал поступает в расширяющийся стакан 3 и далее в барабан мельницы 6. Последний установлен цапфами 5, выполненными заодно целое с фланцами, в подшипниках 4. Нижняя поверхность корпусов подшипников имеет сферическую поверхность, которой она опирается на основание 14. Такое соединение позволяет компенсировать неточности монтажа и другие деформации корпуса мельницы.

Привод мельницы выполнен по схеме: двигатель – ременная передача 13 – зубчатая открытая пара 8.

Готовый продукт разгружается через правую пустотелую цапфу. Мелкие частицы материала проходят сквозь щелевые отверстия 15 в торцовой диаграмме 9, на которой с правой стороны имеются лопасти – лифтеры 10. Этими лопастями материал поднимается и сбрасывается на коническую ступицу 11 и далее на выход по цапфе 12.

Рисунок 14 – Барабанная мельница непрерывного действия с торцовой решеткой

С применением торцовой диафрагмы увеличивается производительность мельницы, так как при этом интенсивнее отбираются го­товые фракции благодаря более низкому расположению зоны раз­грузки. Внутренняя поверхность барабана футерована броневыми плитами 7, изготовленными из износостойких сталей (типа 110Г13Л).

В зависимости от условий работы и типов мельниц применяют следующие профили броневых плит: ступенчатые (рис. 15, а), волнистые с болтовым (рис.15, б) и без болтовым креплением (рис. 15, в), каблучковые (рис. 15, г). Последний отличается повышенной износостойкостью, но и повышенным сцеплением с материалом. Конструк­ция плит должна обеспечивать легкую замену броневых плит. Для снижения шума между корпусом и плитами укладывают резиновые прокладки.

Рисунок. 15 – Профили броневых плит

Мельницы самоизмельчения. Конструктивно они похожи на барабанные шаровые мельницы большого диаметра (до 5-8 м), длина корпуса их в 2,5-3 раза меньше диаметра (рис. 16). Материал, поступающий по лотку 1 в барабан 4, измельчается при его вращении в результате удара кус­ков один о другой при падении с некоторой высоты. К внутренней поверхности барабана крепится полосы двутаврового сечения 5, способствующие подъему материала. К торцевым стенкам 6 прикреп­лены кольца 7 треугольного сечения, которые направляют материал в середину барабана и способствуют раздавливанию материала. Цапфами 2 барабан устанавливается в подшипниках 8 и приводится во вращение через зубчатый венец 5. Мельница работает в сухом ре­жиме (влажность материала менее 4%) в замкнутом цикле с сепара­тором, отбирающим готовый продукт по трубе 9. В мельницу загру­жают материал, размер кусков которого не превышает 450 мм, и раз­малывают до частиц крупностью 0,5 мм при удельном расходе энер­гии (при помоле талька) 40-50 кВт·ч/т.

Рисунок 16 – Барабанная мельница без мелющих тел.

Для некоторых материалов самоизмельчение затруднено, так как в процессе дробления получается много кусков «критического» размера (20-70 мм), которые трудно поддаются измельчению и не могут эффективно дробить более мелкие фракции.

Преимуществом рассмотренных мельниц является отсутствие мелющих тел. Расход энергии у них близок к барабанным мельницам. Мельницы без мелющих тел могут быть эффективными при помоле материалов, в которых не желательны примеси продукта износа шаров.

Литература: 1осн. [219-245]; 3 осн. [83-100]; 4 осн. [158-166].

1 доп. [136-161]; 2 доп. [108-145]; 3 доп. [169-263].

Контрольные вопросы:

1. Основные технологические параметры барабанных мельниц.

2. Основные узлы и части барабанных мельниц.

3. Оптимальное число оборотов барабанных мельниц.

4. Формы поперечного сечения футеровок мельниц.

5. Режимы работы барабанных мельниц.

Лекция №4

Тема лекции: Оборудование для разгрузки сыпучих материалов. Вагоноопрокидыватели, типы, устройство.

Особенности работы механического оборудования металлургии является большой объем перерабатываемого сырья, отсюда и большой объем подготовительных и вспомогательных работ. Поэтому процессы получения металла по своему целевому назначению могут быть разделены на подготовительные, основные и вспомогательные. К механическому оборудованию вспомогательных процессов можно отнести оборудование по разгрузке, перегрузке, транспортировке, сортировке сыпучих материалов.

Свойствами сыпучих материалов определяется устрой­ство складов и выбор транспортирующего и обрабатываю­щего оборудования.

Характеристики сыпучих материалов следующие: кусковатость (гранулометрический состав), плотность, влаж­ность, угол естественного откоса, подвижность частиц,

режущая способность (абразивность), крепость, коррозийность, липкость, ядовитость, взрывоопасность, самовозго­раемость, слеживаемость, смерзаемость.

Вагоноопрокидыватели предназначены для разгрузки сыпучих материалов из открытых железнодорожных полувагонов, при­бывающих на склады доменных цехов и агломерационных фабрик.

а - передвижной башенный; б — передвижной роторный с канатной передачей механизма кантования ротора; в — то же, с зубчатой передачей механизма кантования и пе­ремещения ротора; г — стационарный роторный с канат­ной передачей механизма кантования ротора; д — то же, с зубчатой передачей механизма кантования ротора; е — стационарный боковой с зубчатой передачей механизма кантования

Рисунок 17 – Типы вагоноопрокидывателей

Вагоноопрокидыватель является высокопроизводительным агрегатом. В процессе разгрузки материалов этот агрегат должен обеспечивать полную механизацию всех работ, включая и очистку вагонов. Кроме того, он должен быть рассчитан на прием вагонов различных конструкций без повреждения их в процессе раз­грузки.

На металлургических заводах применяют вагоноопрокидыва­тели передвижного и стационарного типов (рис. 17). Башенный вагоноопрокидыватель снабжают механизмом кантования люльки с канатной передачей, а роторный — механизмом кантования ротора с канатной или зубчатой передачами. Роторные вагоно­опрокидыватели легче и компактнее башенных, при этом рас­ходуют в два — три раза меньше электроэнергии для кантования. Тип вагоноопрокидывателя выбирают исходя из конкретных условий расположения завода, доменного цеха и системы механи­зации склада сырья.

Достоинством передвижных вагоноопрокидывателей является возможность разгрузки вагонов на любом участке траншеи склада. Однако их применение требует дополнительной перегрузки материалов с помощью перегрузочных кранов, что практически исклю­чает возможность автоматизации операций по подаче материалов на склад; стоимость их выше стоимости стационарных вагоноопрокидывателей.

Стационарные вагоноопрокидыватели выгружают материал под ротор, что требует установки заглубленных приемных бунке­ров, питателей и системы конвейеров для подачи материалов на склад. Однако в этом случае возможна автоматизация операций по подаче материалов на склад.

В комплект оборудования вагоноопрокидывателя входят соб­ственно вагоноопрокидыватель и толкатель вагонов. Передвижные вагоноопрокидыватели снабжены накатами для въезда-съезда вагонов.

Общая схема разгрузки вагонов на складе включает следу­ющие основные операции: подачу состава (электровозом или электротележкой); вкатывание вагона толкателем на платформу вагоноопрокидывателя; закрепление вагона в люльке вагоно­опрокидывателя; кантование вагона на угол, обеспечивающий полное высыпание материала; возврат опрокинутого вагона в пер­воначальное положение; подтягивание толкателем к вагоноопрокидывателю других вагонов; подачу на вагоноопрокидыватель очередного вагона с выталкиванием предыдущего вагона с плат­формы вагоноопрокидывателя.

Для предотвращения поломки деревянных бортов вагонов высыпающимся в процессе кантования материалом на борт со стороны разгрузки иногда накладывают щит. На новых вагоноопрокидывателях применяют вибрационные устройства для полной очистки вагонов в процессе их разгрузки.

В цветной металлургии распространено примене­ние роторных стационарных вагоноопрокидывателей, кото­рые устанавливают по одному или, реже, по два на ком­бинат.

Вагоноопрокидыватель ВРС-134 («вагоноопрокидыва­тель роторный стационарный») предназначен для разгруз­ки полувагонов грузоподъемностью 63, 93, 125 и 134 т.

Вагоноопрокидыватель (рис.2) состоит из следую­щих основных узлов: ротора, роликоопор, платформы, лю­лек и привалочных стенок, привода поворота ротора, виб­ровозбудителей, предохранительного щита.

Ротор представляет собой сварную металлическую конструкцию, состоящую из четырех дисков 3 (двух край­них и двух средних), соединенных между собой в пары продольными связями 25. В верхней части ротора диски соединены балками 26, к которым на пружинных вибро­изоляторах подвешены три П-образные рамы 1 с вибро­возбудителями направленного действия 23. Такая форма рам позволяет разгружать вагоны 4, загруженные выше боковых стенок («шапкой»). Каждая рама имеет внизу расширенные упоры 2 с резиновыми плитами, на которые вагон опирается верхними обвязочными брусьями при оп­рокидывании.

Рисунок 18 – Стационарный роторный вагоноопрокидыватель ВРС-134

На каждом диске ротора закреплены бандаж 22 и зуб­чатый венец 5, которые обеспечивают поворот ротора на угол 3,05 рад. Концы бандажей закреплены специальными замками 33.

Ротор установлен на четырех балансирных роликоопорах, каждая из которых состоит из рамы 13 с двумя кронштейнами 12 с шарнирно закрепленными на них ба­лансирами 11. На каждом балансире установлено по два ролика, на которые опирается бандаж. Конструкция балансирных опор ротора обеспечивает равномерное распреде­ление нагрузки на ролики. Крепление балансира к крон­штейнам, а не непосредственно к раме, облегчает замену роликов. Продольное перемещение ротора при его вра­щении ограничивается ребордами на роликах крайних роликоопор.

Платформа 16, снабженная рельсами для установки разгружаемых вагонов, представляет собой сварную ме­таллическую конструкцию, подвешенную шарнирно к двум люлькам, на четырех тягах к каждой. Такая подвеска ти­па шарнирного параллелограмма обеспечивает равномер­ное прилегание вагонов к привалочным стенкам 19 (так на­зываемую боковую привалку). Для смягчения боковой привалки между платформой и люльками установлены пружинные буфера 9, которые стремятся сдвинуть плат­форму с вагоном к привалочным стенкам. В исходном по­ложении реакция сжатых пружин воспринимается упорами 17 фундамента через закрепленные на платформе ролики 18, что обеспечивает установку платформы по оси железно­дорожного пути.

Для ограничения продольного перемещения платформы на торцах фундамента установлены с зазором 5 мм роли­ки 35 (по одному с каждого торца платформы).

В роторе, между крайними и средними дисками, раз­мещены две люльки 15, каждая из которых представляет собой изогнутую рамную конструкцию и состоит из двух опорных L-образных балок и привалочной стенки 19. Обе люльки шарнирно соединены между собой средней прива­лочной стенкой 27. Для повышения сохранности вагонов и увеличения износостойкости гофрированных резиновых облицовочных плит 21, в отличие от предыдущих конст­рукций (ВРС-93; ВРС-125), привалочные стенки 19 выпол­нены подвижными относительно люлек и соединены с ни­ми шарнирно посредством рычагов, образующих паралле­лограмм.

1 — тормоз; 2 — редуктор; 3 — электродвигатель;

4 — вал; 5 — муфта; 6 — ведущая шестерня.

Рисунок 19 – Кинематическая схема механизма поворота ротора стационарного роторного вагоноопрокидывателя

На каждой люльке предусмотрены две цапфы с ролика­ми 20, которыми люльки опираются в верхней части на дугообразные выступы дисков ротора, а в нижней части люлька боковыми тягами 7 шарнирно подвешена к крон­штейнам на дисках ротора. Такая параллелограммная подвеска обеспечивает вертикальную привалку вагона к упорам вибровозбудителей.

Для дополнительного прижатия вагона к упорам при повороте ротора и для смягчения удара при возврате в исходное положение платформы с люльками на опорных балках люлек установлено восемь пружинных буферов 10. В исходном положении пружины буферов находятся в сжа­том состоянии и люльки плотно опираются на все крон­штейны 14 дисков ротора. Привод механизма поворота ротора состоит из двух реверсивных электродвигателей 30, двух редукторов 31, промежуточных валов с зубчатыми муфтами 29 и привод­ных шестерен 6, которые входят в зацепление с зубчаты­ми венцами дисков ротора. Механическая синхронизация работы электродвигателей обеспечивается соединительным валом 28. Крайние приводные шестерни соединены с командоаппаратами 34. Механическое торможение, кроме электрического динамического, осуществляется четырьмя колодочными тормозами 32, установленными на быстроход­ных валах редукторов. Кинематическая схема привода представлена на рис. 3.

Литература: 1 осн. [43-45], 2 осн. [13-23], 3 осн. [12-14].

Контрольные вопросы:

1. На какие группы делятся сыпучие материалы по плотности?

2. Как определяется коэффициент роторного стационарного вагоноопрокидывателя?

3. Принцип работы роторного стационарного вагоноопрокидывателя.

4. Как прижимается вагон с грузом к рельсам в стационарном роторном вагоноопрокидывателе?

5. Сколько электродвигателей в механизме поворота стационарного вагоноопрокидывателя?

6. Порядок подачи и установки вагона с грузом в вагоноопрокидыватель для разгрузки.

Лекция №5

Тема лекции: Оборудование для перегрузки сыпучих материалов. Краны-перегружатели. Грейферные краны. Типы, устройство и принцип работы.

Перегрузочные грейферные краны. Перегрузочные краны с грейфером, двигаясь по рельсовым путям вдоль склада, выполняют следующие операции: перемещают шихтовые материалы из приемной траншеи на рудный двор и штабелируют их; перегружают шихтовые материалы из штабелей рудного двора в перегрузочный вагон. При этом осуществляется усреднение материала за счет его горизонтальной послойной укладки и местного вертикального забора материала сразу из нескольких слоев грейфером.

В зависимости от типа конструкции моста перегрузочные краны разделяют на краны с решетчатым, вантовым и трубчатым мостом.

Рисунок 20 – Перегрузочный грейферный кран с решетчатым мостом

Кран с решетчатым мостом (рис. 20) состоит из среднего пролета 1 двух консолей 1а и 16. Кран опирается на две ноги (опоры) 4 и 6. Расстояние между осями ног — пролет у большинства кранов 76,2 м (имеются краны с пролетами 86 и 115 м). Длина каждой консоли 20—40 м в зависимости от необ­ходимого выбега грейфера (длиной l₁ и l₂). Ноги крана опираются на ходовую часть 7 с приводом перемещения. На мосту уложены рельсы, по которым перемещается тележка с грейфером 5а. При помощи грейферной тележки формируют штабель материала 8.

Гибкая нога (рис. 20, разрез А—А) крана с решетчатой фермой выполнена в виде плоской металлической арки 10 с ниж­ней рамой (затяжкой) 9. Мост 18 крана опирается на гибкую ногу 19 через сферический подпятник 17.

Жесткая нога в отличие от гибкой выполнена в виде двух плоских арок, симметрично расположенных под углом к вер­тикальной оси. По бокам они связаны двумя треугольными фер­мами, вверху — горизонтальной фермой и внизу — рамой (за­тяжкой). Мост соединен с жесткой ногой осью 21 (рис. 20), которая вверху жестко закреплена на ферме 20 моста, а нижней цилиндрической частью свободно сидит во втулке 22 верхней части 13 ноги.

Кран с вантовым мостом (рис. 21) опирается на плоские ноги, одна из которых шарнирно скреплена с мостом. На арку ноги 10, связанную внизу стяжкой 9, опирается ферма моста 11, несущая рельсы для тележки 5 с грейфером 5а. Опорой ног являются балансиры 12 и ходовые тележки 13. Каждая нога снабжена двумя противоугонными устройствами 14. Позиции 1—8 те же, что и в рис. 20.

Рисунок 21 – Перегрузочный грейферный кран с вантовым мостом

Кран с трубчатым мостом (рис. 22) имеет также мост, состоящий из среднего пролета 1 с двумя консолями 1а и 16 и опирающийся на две ноги 2 и 3 с приводами 4. По мосту крана перемещается тележка 5 с грейфером 5а.

Ноги крана трубчатого типа имеют арку 7 и стяжку 6, выпол­ненные из труб. На трубе моста 8 снизу закреплена балка 9 с двумя консолями, на которых расположены рельсы для грей­ферной тележки 5 с грейфером 5а. Арка ноги опирается на балансиры 11 и ходовые тележки 10. Каждая нога имеет два противоугонных устройства 12.

Механизм передвижения крана. Ноги крана опираются на ходовые тележки через балансиры, устраняющие влияние неточностей монтажа, неровностей подкрановых путей и обеспечивающие равномерное распределение нагрузок на ходо­вые колеса.

Рисунок 22 – Перегрузочный грейферный кран с трубчатый мостом

Краны с двумя двухосными тележками под каждой стороной ноги (см. рис. 20) имеют систему балансиров и шарниров, расположенных симметрично относительно верхнего шарнира 4 (рис. 23), на который опирается нога 3 крана. Шарниры 2 и 6 позволяют качаться траверсе 5 и балансирам / вдоль подкра­новых путей, а шарниры 9 — тележкам поперек путей. На каж­дой тележке имеются два ската 8 и 10, один из которых имеет привод 7.

Противоугонные устройства. Они служат для удержания крана в остановленном положении от смещения по рельсовым путям. Это необходимо в связи с тем, что поверхность металлоконструкций крана велика и при сильном ветре на нее действуют значительные усилия в направлении движения крана по рельсам. На перегрузочных кранах устанавливают клещевые захваты; на каждой ноге по два захвата, управляемых от одной лебедки, расположенной в стороне или над захватами. Таким образом, кран удерживается противоугонными устройствами за головки четырех рельсов, по которым он перемещается.

Рисунок 23 – Противоугонное устройство перегрузочного крана

Каждая пара захватов (рис. 23) имеет привод 2 с двумя барабанами 1, при помощи которых канаты 3 через блоки 4 пере­мещают клиновые грузы 5. При опускании клинья своим весом воздействуют на ролики 6, закрепленные на длинных плечах рычагов 8. При этом рычаги поворачиваются вокруг неподвижных осей 9, и губки зажимов зажимают головку рельса 10. При подъеме клина верхние плечи клещей сходятся под воздействием пру­жины 7, малые плечи рычага расходятся и губки освобождают рельс. Привод подъема и опускания клиньев включен в общую схему управления механизмами передвижения крана и работает автоматически. Блокировка обеспечивает подъем клиньев перед включением механизмов передвижения крана и их опускание после остановки крана.

Грейферная тележка. Тележка (рис. 24) крана имеет сварную раму 1, опира­ющуюся на два приводных ска­та 2. На тележке расположены два одинаковых механизма 3 и 4 для управления грейфером. Для охлаждения двигателей, работающих в тяжелых усло­виях, предусмотрены вентиля­ционные установки 5 с заборниками воздуха 6. Управле­ние механизмами тележки осу­ществляют из кабины 7.

Рисунок 24 – Грейферная тележка перегрузочного крана

Грейфер 8 подвешен на канатах 13 и 14. Для управления ка­натами 14 подъема грейфера служат электродвигатель 96, тормоз 106, редуктор 116 и барабан 126. Для канатов 13 управления челюстями грейфера предусмотрены электродвигатель 9а, тормоз 10а, редуктор 11а и барабан 12а. На тележке установлен ограничи­тель высоты подъема грейфера в виде конечного выключателя с подвешенным на цепи грузом.

Литература: 1 осн. [48-57], 2осн. [37-41], 1 доп. [63-99],

Контрольные вопросы:

1. Назначение грейферных кранов-перегружателей.

2. Какие технологические операции выполняют грейферные краны-перегружатели?

3. Перечислите типы кранов в зависимости от конструкции моста.

4. Кинематика и цикл работы грейфера.

5. Назначение противоугонного устройства грейферного крана.

6. График натяжения канатов грейфера.

Лекция №6

Тема лекции: Оборудование для транспортировки сыпучих материалов. Пневмотранспорт. Схемы, принцип работы. Основные механизмы.

Пневматический транспорт. Общие сведения. Устройство, преимущества и недостатки. Установки пневматического транспорта служат для перемещения насыпных и штучных грузов по трубам или желобам при помощи сжатого или разреженного воздуха.

Установки для насыпных грузов могут перемещать пылевид­ные, порошкообразные, зернистые и кусковые материалы, а уста­новки для единичных грузов предназначены для транспортирова­ния по трубам почтовых отправлений (пневматическая почта), различной производственной документации (накладные, бланки анализов и т. п.) и мелких грузов (например, пробы для анализа), уложенных в патроны. Разновидностью пневмотранспорта яв­ляется пневмоконтейнерный транспорт, перемещающий насыпные грузы в контейнерах по трубопроводам большого диаметра.

Установки, транспортирующие насыпной груз во взвешенном состоянии в потоке воздуха, разделяют на всасывающие (рис. 25, а), нагнетательные (рис. 25, б) и смешанные (рис. 25, в). Всасывающая установка состоит из сопла 2, засасы­вающего вместе с воздухом насыпной груз 1 из штабеля, и трубо­провода 3, по которому груз потоком воздуха подается в отде­литель 4, где частицы груза выпадают из теряющего скорость воздуха и через шлюзовой затвор 7 подаются в приемный пункт.

Воздух, насыщенный пылью, из отделителя 4 поступает по трубопроводу 5 в фильтр 6, где очищается от пыли и отсасывается эксгаустером 8. Пыль удаляется из фильтра через шлюзовой затвор 7. Всасывающие установки удобны там, где требуется за­бирать насыпной груз из нескольких пунктов и передавать его в один приемный пункт, например, при выгрузке зерна из барж в приемный склад (несколько сопл засасывают зерно сразу из многих отсеков трюма).

а - всасывающая; б - нагнетательная; в - смешанная;

г - схема цементовоза и приемного бункера

Рисунок 25 – Пневмотранспортные установки.

Давление разреженного воздуха во всасывающих установках низкого вакуума — до 0,01 МПа, среднего вакуума до 0,02 МПа, высокого вакуума до 0,03 МПа.

Нагнетательная установка (рис.25, б) имеет компрессор 9, подающий сжатый воздух через воздухосборник и влагоотделитель в транспортный трубопровод 3, который принимает насыпной груз из питателя 10. Далее груз увлекается потоком сжатого воздуха по транспортному трубопроводу, который может иметь разветвления для одновременной подачи груза в различные приемные пункты. В конце каждого ответвления находится разгрузочный комплекс, состоящий из отделителя 4, фильтра и шлю­зового затвора 7. Нагнетательные установки удобны тогда, когда груз, получаемый из одного пункта, нужно распределять по не­скольким приемным точкам. Нагнетательные установки бывают высокого давления (0,3 ... 0,4 МПа и редко до 0,6 МПа), среднего (0,2 ... 0,3 МПа) и низкого (0,15 ... 0,2 МПа).

Описанная выше схема относится к установкам среднего дав­ления. В них допустимо применение барабанных питателей (с ротационным затвором). В нагнетательных установках вы­сокого давления для ввода материала в трубопровод применяют камерные питатели, описанные ниже.

Установка смешанного типа (рис. 25, в) включает всасыва­ющий 12 и нагнетательный 16 трубопроводы. Насыпной груз, засасываемый соплом 11, поступает по трубопроводу 12 в отдели­тель 13, который одновременно служит питателем для нагнета­тельного трубопровода 16. Воздух из отделителя 13, прошедший через фильтр 14, подается компрессором 15 в нагнетательный трубопровод 16. Насыпной груз выпадает из воздуха в отдели­теле 17 и подается в пункт приемки через шлюзовой затвор 18.

Установки смешанного типа забирают груз из нескольких загрузочных мест и подают одновременно из несколько пунктов.

Пневмотранспортную установку, перемещающую насыпной груз с высокой концентрацией смеси (в плотной фазе), исполь­зуют в цементовозе (рис. 25, г).

Для разгрузки вагонов и судов применяют самоходные и плавучие перегружатели. Такие машины используют, например, для выгрузки цемента и зерна.

Преимущества установок пневматического транспорта заклю­чаются в компактности трубопроводов, герметичности, возмож­ности полной автоматизации процесса перемещения грузов, вы­сокой надежности, простоте эксплуатации, К их недостаткам относятся высокий расход энергии (в 10 ... 15 раз больше, чем, например, у ленточных конвейеров); интенсивное изнашивание оборудования при транспортировании абразивных материалов; непригодность для транспортирования связных грузов (липких, влажных).

Рисунок 30 – Винтовой питатель

Основными элементами пневмотранспортных установок яв­ляются загрузочные устройства (питатели, сопла), затворы, фильтры, разгрузочные устройства (циклоны, воздухоотделители), трубопроводы, ресиверы, маслоотделители.

Питатели. Питатели предназначены для подачи сыпучего мате­риала в транспортный трубопровод. Они бывают винтовые и камерные. Схема винтового питателя показана на рис, 30, Корпус 3 питателя присоединен к горловине бункера (на схеме не показан), а внутри корпуса во втулке 4 смонтирован винт 5 с пе­ременным шагом, вращающийся с частотой 1000 об/мин. При плавно уменьшающемся шаге винта 5 обеспечивается уплотнение подаваемого материала, препятствующее проникновению сжатого воздуха в полость бункера. Опорная часть 1 питателя с уплот­нением 2 установлена на раме 8.

В смесительную камеру 6 вместе с транспортируемым мате­риалом поступает сжатый воздух, который с большой скоростью вытекает из форсунок, захватывает частицы груза и уносит их в трубопровод. Груз аэрируется при помощи пористой плитки 7. Концентрация смеси груза g воздухом регулируется клапаном" при помощи рычага, несущего противовес.

Давление воздуха в смесительной камере 0,18 ... 0,25 МПа.

Камерные питатели разделяют на одно- и двухкамерные. У однокамерного питателя, работающего с подачей воздуха вверх, транспортный трубопровод расположен вертикально, по оси камеры. В нижней конической части камеры размещены по­ристые плитки, через которые проходит сжатый воздух, аэрируя нижние слои лежащего в камере груза. Аэрированный материал под давлением воздуха поступает в трубопровод и перемещается по нему вверх.

Рисунок 31 – Ротационный затвор

Сопла. Для подачи насыпного груза в трубопровод всасы­вающих пневмотранспортных установок применяют стационар­ные и переносные сопла. Сопло состоит из наружной и внутрен­ней труб. Трубы соединены регулировочными винтами и гайками, посредством которых можно регулировать ширину щели, пред­назначенной для впуска воздуха во внутреннюю трубу из кольце­вой полости наружной трубы. Сопло устанавливается на поверх­ности штабеля сыпучего материала нижним коническим раструбом и под действием собственной массы погружается на некоторую глубину. Входящий с большой скоростью через кольцевую щель воздух разрыхляет поверхностные части груза в коническом раструбе и увлекает их по трубе в транспортный трубопровод. Всасывающие сопла выполняют диаметром 45 ... 180 и длиной 800 ... 1200 мм; толщина стенок труб 1,5 ... 2 мм.

Затворы. Затворы предназначены для выпуска сыпучих мате­риалов из разгружаемых емкостей, давление в которых меньше, чем в трубопроводах или в емкостях, принимающих материал, и для предотвращения прорыва воздуха с повышенным давлением в разгружаемую емкость. Рабочим органом ротационного затвора (рис. 31) служит многокамерный барабан 4, плотно посаженный в корпусе 3 и вращающийся при помощи вала 2, опирающегося на фланцы /. Сыпучий материал поступает сверху в шлюзовые камеры барабана, перемещается ими вниз и высыпается в прием­ный трубопровод. Опорожнившиеся камеры заполняются возду­хом под повышенным давлением, который затем поступает в по­дающую груз емкость, а из нее уходит через фильтр в атмосферу.

Описанный затвор называется ротационным. Недостатком его является интенсивное изнашивание при транспортировании абра­зивных материалов из-за наличия вращающихся деталей, сопри­касающихся с абразивной средой.

а - сухой; б - мокрый

Рисунок 32 – Фильтры

Фильтры. Применяемые в пневмотранспортных установках фильтры предназначены для очистки воздуха от пылевид­ных частиц насыпного груза. Их разделяют на сухие и мокрые (рис. 32). Сухой фильтр состоит из тканевых рукавов, через стенки которых проходит запыленный воздух (стрелка внизу на рис. 32, а показывает место входа пыльного воздуха). Очи­щенный воздух уходит из фильтра по патрубку. Пыль, скопив­шаяся внутри рукавов, стряхивается специальным механизмом на дно фильтра и периодически удаляется.

Мокрый фильтр (рис. 32, б) состоит из резервуара 7 с водой, выпускного патрубка 6 для пыльного воздуха (на схеме распо­ложен вертикально) и выпускного 5 для чистого воздуха. Стрелками показано направление движения пыльного воздуха. Пузырьки воздуха, перемещаясь в воде и проходя через решетку 1, очищаются от пыли.

Резервуар 7 заполняется водой через тру­бопровод 3. Вода сливается по трубопроводу 8. На резервуаре 7 установлены водомерное стекло 2 и вакуумметр 4.

Отделители. Для отделения транспортируе­мого груза от воздуха применяют отделители с внутренними направляющими поверхностями и циклонные. Первый состоит из корпуса, внутри которого смонтированы направляющие из ли­стовой стали, замедляющие движение грузовоздушной смеси. Наиболее крупные фракции на­сыпного туза выпадают первыми и выгружаются через нижний патрубок. Воздух, содержащий более мелкие фракции, поднимается вверх, и частицы поступают во встроенный конический бункер отделителя, откуда отводятся по кониче­скому патрубку. Воздух, содержащий только пылевидные фрак­ции, выходит через верхний патрубок и направляется на фильтр для окончательной очистки.

Циклонный отделитель для пылевидных грузов показан на рис. 33. Грузоведущая смесь поступает через патрубок по каса­тельной к внутренней поверхности корпуса разгрузителя и при­обретает вращательное движение. Центробежные силы отбрасы­вают частицы груза к периферии корпуса, где они тормозятся силами трения и падают вниз, выгружаясь через выпускное отверстие. Освобожденный от груза воздух выходит через верх­ний патрубок.

Рисунок 33 – Схема циклонного отделителя

Трубопроводы. Транспортные трубопроводы изготовляют из листовой стали толщиной 0,6 ... 3 мм или из цельнотянутых стальных труб диаметром 50 ... 300 мм с толщиной стенок 1 ... 12 мм, причем толстостенные трубы (10 ... 12 мм) применяют при транспортировании абразивных материалов для компенсации из­носа. При транспортировании неабразивных материалов приме­няют трубы из пластмассы.

Воздуходувные машины. Воздуходувные машины разделяют на центробежные и поршневые. К первым относят вентиляторы и турбохмашины, а ко вторым — ротационные (водокольцевые насосы, с радиальными подвижными пластинами, коловратные) машины и машины с поступательно движущимися поршнями.

Работа вентиляторов и турбомашин основана на действии центробежных сил, при котором кинетическая энергия воздуха превращается в потенциальную энергию давления, а поршневых машин — на принципе выжимания воздуха поршнями. Наиболее простыми по конструкции являются водокольцевые насосы, но они имеют малый КПД (0,4 ... 0,45).

Литература: 4 осн. [336-343].

Контрольные вопросы:

1. Назначение пневмотранспорта.

2. Устройство, преимущества и недостатки пневмотранспорта.

3. Для чего установлен ресивер в нагнетательной схеме пневмотранспорта?

4. Как называется насос в нагнетательной схеме автотранспорта?

5. Какие питатели применяются для подачи сыпучего материала в транспортный трубопровод пневмотранспорта?

6. Какие параметры определяют при расчете пневмотранспортной установки?

Лекция №7.

Гидротранспорт, схемы, принцип работы, основные механизмы. Пульпонасосы.

Гидравлический транспорт. Общие сведения

Установки гидравлического транспорта применяют для перемещения насыпных грузов в смеси с водой (пульпы) по трубам или желобам.

Принцип действия гидравлических транспортных установок заключается в передаче энергии движущейся воды частицам насыпного груза и перемещении их с большой скоростью.

Гидротранспортные установки разделяют на напорные и без­напорные.

В напорных установках пульпа перемещается под напором, создаваемым насосом, а в безнапорных (самотечных) — под дей­ствием собственной силы тяжести.

Схемы и оборудование установок. Насыпной груз в напорных гидротранспортных уста­новках подается в транспортный трубопровод при помощи пульпонасосов и из бункеров.

а — пульпонасосом; б — из бункера; в — самотеком

Рисунок 34 – Схемы гидротранспортных установок с подачей груза

Гидротранспортная установка с пульпонасосом показана на рис. 34, а. Транспортируемый материал подается ленточным конвейером 2 в резервуар / с пульпой, откуда последняя извле­кается пульпонасосом 4 и по пульпопроводу 5 подается на грохот 8. В нем насыпной груз отделяется от воды и по наклон­ным решеткам поступает в приемный бункер 9. Вода, отделив­шаяся от частиц насыпного груза, через воронку 7 стекает в ре­зервуар 10 и оттуда насосом 6 подается по водоводу 3 в резервуар /, в котором снова смешивается с насыпным грузом, образуя пульпу. Преимуществом описанной системы является простота уст­ройства, а недостатком — ускоренный износ пульпонасоса под абразивным воздействием частиц перемещаемого груза. Этого недостатка не имеют системы с подачей груза из бункера.

В гидротранспортной установке с подачей груза из бункера (рис. 34, б) насос 12 подает чистую воду из резервуара 11 в тру­бопровод 14. Насыпной груз поступает в этот же трубопровод из бункера 13, снабженного питателем. Частицы груза, падая в поток быстро движущейся воды, увлекаются в направлении транспортирования.

Безнапорная установка изображена на рис. 34, в. Насып­ной груз при помощи питателя поступает в открытый желоб 18 из бункера 16 и смешивается в желобе с водой, подаваемой из трубопровода 15, образуя пульпу, которая течет по желобу, име­ющему уклон 0,02 ... 0,06.

В местах поворота трассы для устранения заиливания желоба установлены сопла 17, подающие воду из трубопровода 15 и со­общающие частицам груза дополнительную кинетическую энер­гию. В местах разветвления трассы размещены шиберы 19, позво­ляющие регулировать поступление груза в различные приемники. Гидротранспортные установки применяют в горной промыш­ленности для транспортирования полезных ископаемых из шахт и подачи в шахты закладочного материала, на обогатительных фабриках, в химической промышленности. К их преимуществам относятся компактность трубопроводов, герметичность, хорошая приспособляемость к производственным помещениям, возможность создавать любую по очертанию пространственную трассу, обеспе­чение загрузки и разгрузки в любой точке, удобство разветвлений трассы. Недостатками установок гидравлического транспорта яв­ляются особые требования к перемещаемому грузу (допустимость увлажнения, ограничения по гранулометрическому составу), из­нашиваемость трубопроводов и другого оборудования абразив­ными грузами, потребность в большом количестве воды, повы­шенная энергоемкость, возможность замерзания пульпы зимой.

Насосы для пульпы разделяют на поршневые и центробежные. Первые могут создавать высокое давление, но подвержены быстрому изнашиванию. Наиболее распространенными являются одно- и двухступенчатые центробежные насосы, последние при­меняют для получения повышенных давлений. Одноступенчатый насос состоит из входного патрубка, рабочего колеса и корпуса с напорным патрубком. Пульпа, поступающая через входной патрубок в рабочее колесо, отбрасывается под действием центро­бежной силы к периферии корпуса и выходит через напорный патрубок.

В напорных гидротранспортных установках с подачей груза из бункеров применяют обычные насосы для чистой воды, в том числе водоструйные.

Пульповые насосы. Общие сведения. Разнообразие технологических процессов на обогатительных фабриках и заводах тя­желых цветных металлов обусловливает разнообразие пульп как по крупности, твердости и абразивности взвешенных частиц, так и по свойствам самой несущей жидкости. На обогатительных фабриках приходится перекачивать нейтральные (неагрессивные), гид­росмеси, но с твердыми абразивными частицами крупностью от долей миллиметра (пуль­пы флотационного передела и обезвоживания) до 10 мм и более (отходы обогащения и др.). На гидрометаллургических заводах перекачивают преимущественно кислые (аг­рессивные) и агрессивно-абразивные гидросмеси. Некоторые пульпы содержат. 160— 200 г/л серной кислоты и до 60 % взвешенных твердых частиц при температуре, дости­гающей 80 °С.

Перемещение пульп осуществляется специальными механизмами, называемыми на­сосами. По принципу действия их разделяют на центробежные, поршневые и диафрагмовые. В производстве тяжелых цветных металлов рас­пространены центробежные насосы (рис. 35). Насос со­стоит из рабочего колеса (турбинки) 4 и корпуса (ули­ты) 3. Колесо имеет несколько лопаток 1 криволинейного очертания и закреплено на конце вала 2. Корпусу придает­ся спиральная форма с расширением в сторону выхода пульпы.

Работа насоса основана на принципе действия центро­бежной силы. При вращении колеса пульпа отбрасывается от центра к его периферии и прижимается к внутренней по­верхности корпуса. В результате этого в центре колеса (у входа в него пульпы) создается разрежение и в насос устремляется следующая порция пульпы. Так как центро­бежная сила действует непрерывно, то и пульпа поступает в насос непрерывно. Этим и объясняется непрерывность процесса в центробежных насосах в отличие от прерыви­стого процесса в поршневых насосах.

Рисунок 35 – Схема центробеж­ного насоса

Каждый насос характеризуется основными параметрами: производительностью (подачей), напором, потребляемой мощностью и к. п. д.

Насосы с боковым подводом пульпы. В зависимости от перемещаемой пульпы центробежные насосы раз­деляют на песковые и грунтовые. Это разделение носит условный ха­рактер, потому что каждый насос может перекачивать различные пуль­пы. По конструкции насосы разделяют на горизонтальные и вертикаль­ные в зависимости от расположения вала. По расположению патрубка, подводящего к насосу пульпу, различают насосы с боковым и осевым подводом пульпы.

1 - фланец напорный; 2- корпус; 3- рабочее колесо; 4- промежуточный диск; 5 -уплотнитель-ное кольцо; 6 - станина; 7 - экспеллер-турбинка; 8 - автоматический сальник; 9 - коробка саль­ника; 10 - шарикоподшипник; // - съемный стакан; 12 - гайка; 13 - хомут; 14 - крышка; /5 - уплотнение гребенчатое; 16 - входное отверстие; 17 - фланец; 18 – шпилька; 19 – вал; 20 – гайка.

Рисунок 36 – Песковым насос с боковым подводом пульпы типа ПН

На рис. 36 показана одна из первых конструкций пескового насоса типа ПН с боковым подводом пульпы отечественного производства. Основными частями насоса являются: станина 6, корпус 2, рабочее ко­лесо 3, вал 19 с подшипниками и уплотнением. Пульпа подводится че­рез входное отверстие в станине. Промежуточный диск 4 направляет ее поток к центру колеса, консольно закрепленному на конце вала. Вал опирается на два сдвоенных шарикоподшипника, расположенных внут­ри съемного стакана П. Один конец стакана опирается на стойку станины и зажимается хомутом 13; другой соединен с коробкой автомати­ческого сальника 8 и через нее закреплен в стенке станины. Герметич­ность соединения станины с корпусом, промежуточным диском и коробкой сальника обеспечивается резиновыми кольцами, затягиваемы­ми шпильками. Шарикоподшипники защищены со стороны сальника гребенчатым уплотнением и фетровыми кольцами, а со стороны муфты крышкой и фетровыми кольцами.

Насосы с осевым подводом пульпы. Эти насосы отличаются от насосов типа ПБ только конструкцией деталей проточной части и компоновкой сальникового устройства На рис. 37, а показан насос малой производительности и напора с подво­дом питания через торцовое отверстие 7 в корпусе 4. Вставной патрубок 8 предназначен для отключения насоса от всасывающей трубы. Рабо­чее колесо 6 открытого типа (без дисков). Такие колеса отличаются низкими гидравлическими показателями и малой стойкостью. Происхо­дящие в насосе завихрения и переток пульпы усиливают износ колеса, корпуса и диска 5, приводят к быстрому снижению, к. п. д. насоса. Вместе с тем конструкция позволяет сравнительно просто отливать и гуммировать колесо. Открытые колеса используют главным образом при работе с малыми подачами и небольшими напорами на пульпах, твердые частицы которых отлагаются в проточной части, а также на за­соренных гидросмесях, когда необходимо часто очищать насос.

Рисунок 37 – Насос с центральным подводом пульпы

Проточная часть насоса защищена мягким промывочным сальни­ком / и резиновым уплотняющим кольцом 3. Сальник размещен на внутренней стенке корпуса. Вода для гидрозатвора поступает по трубе 2. Ступице колеса придана конусообразная форма для создания плавного потока пульпы при входе в рабочее пространство. В ступицу зали­та чугунная втулка с резьбой, закрепляющей колесо на валу 9.

Песковые насосы с центральным подводом допускают работу со всасыванием на высоту до 2 м. Практически же их устанавливают на обогатительных фабриках с подпором на всасывающей стороне, что обусловлено каскадным расположением оборудования, трудоемкостью очистки зумпфов от оседающего в них твердого материала, а также неустойчивой герметичностью сальника.

К центробежным насосам с осевым вводом гидросмеси относятся так называемые грунтовые насосы — землесосы. Они рассчитаны на тя­желые условия работы: перекачивание абразивных пульп с крупными твердыми включениями. Крупные грунтовые насосы применяют для гид­ротранспорта отходов обогащения (хвостов, песков), а насосы мелких и средних размеров — для перекачивания пульп в отдельных технологи­ческих операциях (для подачи в гидроциклоны и др.).

Литература: 4 осн. [364-367], 3 доп. [229-230].

Контрольные вопросы:

1. Как называется смесь насыпного материала и жидкости в гидротранспорте?

2. Как подается сыпучий материал в транспортный трубопровод в гидротранспортных установках?

3. Где чаще всего применяют гидротранспорт?

4. Какие применяются насосы для пульпы в гидротранспортных установках?

5. Какие параметры определяют при расчете гидротранспортной установки?

Лекция №8

Тема лекции: Оборудование для хранения сыпучих материалов. Бункера и затворы.

Бункера представляют собой емкости для кратковременного хра­нения материалов. Они устанавливаются в начальных и конечных пунктах транспортирования материалов, в местах перегрузок, а также используются в качестве промежуточных емкостей, обеспе­чивающих стабильную работу оборудования при неравномерном поступлении материалов или для обеспечения успешной работы сочетаний машин циклического и непрерывного действия.

В зависимости от назначения и условий работы бункера изго­товляют пирамидальной (рис. 38, а), призмо-пирамидальной (рис. 38, б, г) и цилиндрической (рис. 38, в) формы. Схема разгрузки материалов из бункеров может быть нормальной (рис. 38, д), когда движется столб материала, находящийся над выходным отверстием, гидравлической (рис. 38, е), когда движется весь материал, нахо­дящийся в бункере, смешанной (рис. 38, ж).

Расход материала (м³/ч) из бункера определяется, как для транс­портных устройств непрерывного действия

П = 3600Fv,

где F — площадь выходного отверстия, м²;

v — скорость истечения материала, м/с.

Скорость истечения в м/с рекомендуется определять так:

при нормальном истечении

;

при гидравлическом истечении

где - коэффициент истечения, определяемый опытным

путем; для пылевидных и влажных материалов = 0,22;

для кусковых = 0,4 и для зернистых = 0,6;

R = F/A — гидравлический радиус отверстия, равный отно­шению его площади F

к периметру А м;

h — высота материала в бункере, м.

Минимальная площадь выходного отверстия в м²

F = 6,25 (d_cp + 0,08)² tg² φ,

где d_ср — поперечный размер типичного куска, м;

φ — угол внутреннего трения.

Для порошковых и мелкозернистых материалов площадь раз­грузочного отверстия должна быть не менее 0,09 м².

Материал будет свободно истекать из бункера, когда

tgδ ≥ f,

где δ — угол наклона ребра бункера (рис. 38, а);

f = приведенный коэффициент трения;

f_c - коэффициент внешнего трения материала о стенку;

β — угол между наклонными гранями.

Угол δ должен быть больше угла естественного откоса материала в покое.

Рисунок 38 – Основные схемы бункеров

Чтобы уменьшить сводообразование, размер выходного отвер­стия следует принимать не менее 3d_cp. Для побуждения материала при разгрузке стенкам бункера можно сообщать вибрацию или при­менять аэрирование.

Затворы. Затворы предназначены для перекрывания выпускных отверстий бункеров и регулирования подачи материалов. Они должны обеспе­чивать плотность перекрывания и невозможность самопроизволь­ного открывания выходного отверстия, быстро срабатывать при мини­мальных усилиях управления, регулировать поток материала, быть компактными. Наиболее распространенные схемы затворов показаны на рис. 39.

Рисунок 39 – Схемы затворов

Клапанный откидной затвор (рис. 39, а) применяется для бун­керов малого объема, когда бункер разгружается за один прием. Нагрузка на клапанный затвор при коэффициенте внешнего трения /_s

Т^΄ = Т (sin α — f_scos α); .

момент, нагружающий затвор,

М = Т ^΄а.

Для жидкотекучих материалов вертикальная нагрузка Т (Н)

Т = ρgFh,

где ρ — объемная масса материала, кг/м³;

g — ускорение свободного падения, м/с²;

F - площадь сечения потока материала, м²;

h — высота столба материала, м.

При сыпучих материалах

T=FP= Fρg

где Р — среднее давление на единицу площади, Па;

R — гидравлический радиус отверстия, м;

f — коэффициент внутреннего трения;

m = 1 + 2f² — 2f — коэффициент подвижности (для основных строительных материалов f= 0,8, тогда m ≈ ≈ 0,22).

При квадратном отверстии

R=

где В — сторона квадрата;

Т = 14,2B³ ρ;

при круглом отверстии

R = ;

T ≈ 11 D³ ρ

где Т, Н.

Клапанный подпорный затвор (рис. 39, б), применяемый для бункеров малого и среднего объема при зернистых и кусковых материалах, позволяет перекрывать выпускное. отвер­стие под нагрузкой.

Угол наклона лотка дает возможность регулировать скорость выхода материала.

Секторные затворы (рис. 39, в, г), применяемые для мелкозернистых материалов и пластичных сред (бетонов, растворов), позволяют регулировать сечение выходящего потока материала. Затворами управляют вручную или при помощи пневмоцилиндров и других приводов.

Секторные затворы воспринимают полную вертикаль­ную нагрузку Т. Момент трения, который необходимо преодолеть при открытии затвора, (Н-м)

М = Tf_er,

где f_с — коэффициент трения материала о затвор;

r — радиус затвора, м.

Пальцевый и цепной затворы (рис. 39, д, е) применяют при крупнокусковых материалах. Каждый палец имеет относительную свободу движения и при перекрытии отверстия бун­кера ложится на материал. Масса пальцев должна быть достаточной, чтобы создать момент от силы тяжести пальца М_П, превышающий момент М_T от нагрузки на затвор, т. е.

М_П≥М_Т или

М_П = kM_T,

где k = 1,25 учитывает трение в шарнире и неравномерную работу всех пальцев.

Выражение представим в развернутом виде

Gl_G cos α = k {Г΄ а — N l_N).

Учтя, что сила трения материала о лобовые участки пальцев N = Т΄f_с. найдем силу тяжести пальцев (Н)

G=

где f_с — коэффициент трения материала о стенки.

Нормальная нагрузка (Н), создаваемая силой тяжести цепей затвора G_ц должна быть достаточной, чтобы удержать материал

N = G_ц cos (α+ γ).

Из условия равенства нулю проекций всех сил на плоскость, перпендикулярную днищу, имеем

Р = N (cos у —f_с sin у),

где Р — реакция со стороны днища, Н.

Из равенства нулю суммы проекции сил на плоскость днища имеем

T΄ = N[f_c(cosγ - f_цsinγ) + (f_ц cosγ + sinγ)] ,

где f_ц — коэффициент трения материала о цепи.

Подставив в выражение (1) вместо N его значение и решая это выражение относительно G_ц, получим

.

Шиберные затворы (рис. 19, ж, з) применяют для порошкообразных материалов. Их можно устанавливать в горизон­тальном, вертикальном или наклонном положениях.

Усилие (Н), необходимое для перемещения шибера, для горизон­тального затвора

Р = kT (f_c + f_o);

для вертикального затвора

Р = kT ' (f_с + f_o),

где k — коэффициент запаса, равный 1,2;

f_o — коэффициент трения шибера в пазах;

f_с — коэффициент трения материала о шибер.

Литература: 4 осн. [369-393], 1 доп. [90-96], 2 доп. [243-248].

Контрольные вопросы:

1. Основные схемы бункеров.

2. Давление сыпучего материала на стенки бункера.

3. Назначение затворов, типы.

4. Определение давления сыпучего материала на затвор.

5. Как определяется коэффициент бокового давления?

6. Разновидности истечения материала из бункера.

Лекция №9

Тема лекции: Оборудование для равномерного питания и классификации сыпучих материалов по крупности.

Питатели. Питатели применяют для равномерной непрерывной подачи мате­риалов из бункеров на транспортирующие машины, в дозирующие аппараты и другое технологическое оборудование. Питатели стаби­лизируют технологический процесс и работу машин и позволяют механизировать и автоматизировать производство.

По характеру движения рабочих органов различают питатели с непрерывным движением по замкнутому контуру (ленточные, пла­стинчатые, цепные); с колебательным движением (вибрационные, лотковые, секторные), с вращательным движением (винтовые, та­рельчатые, барабанные). Конструктивные решения питателей весьма разнообразны. Рассмотрим основные разновидности питателей. Пластинчатые питатели применяют для равномерной подачи куско­вого материала в дробилки и транспортирования их после обжига в печах. Такие питатели выпускают тяжелого типа – для транспор­тирования материалов крупностью до 1300 мм и нормального типа – для транспортирования материала крупностью до 500 мм.

Пластинчатый питатель (рис. 40) имеет цепной рабочий орган, состоящий из звеньев — пластин 7 с бортами 2, соединенных паль­цами 12, на которых установлены ролики 11. Движение замкнутой пластинчатой цепи сообщается приводной звездочкой 4, зубья которой захватывают ролики 11. Привод питателя состоит из двигателя, редуктора, цепной передачи, передающей вращение звездочке 10 и далее через зубчатую передачу 8 на приводной вал 9. Цепь натяги­вается винтовым устройством 6, перемещающим звездочку 1, и под­держивается опорными роликами 3 и 5. Основным параметром пластинчатого питателя является ширина пластин. Промышленность выпускает питатели с шириной пластин 1000, 1200, 1500 и 2000 мм.

Ленточные питатели применяют для выдачи из бункеров всех видов материалов – от пылевидных до среднекусковых. Ленточный пи­татель является одним из основных узлов дозаторов, бетоноуклад­чиков и других машин. По принципу работы и конструкции ленточ­ные питатели представляют собой ленточные транспортеры с шириной ленты от 400 до 1200 мм. Производительность ленточных питателей достигает 300 м³/ч, скорость движения ленты 0,05—0,5 м/с.

Рисунок 40 – Пластичатый питатель

Расчет мощности двигателя пластичных, ленточных питателей ведется как у соответствующих конвейеров, только с учетом давления столба материала в бункере.

Так, например, тяговое усилие ленточного питателя состоит из усилия, требуемого для преодоления движению ленты с материалом, и усилия, необходимого для преодоления силы трения столба материала, расположенного в бункере над лентой. Тяговое усилие

где: к_ω – коэффициент сопротивления движению, равный для питателей 0,2;

q_м – сила тяжести материала на единице длины ленты, Н/м;

q_л – сила тяжести единицы длины ленты, Н/м;

L – длина питателя, м;

f₀ – коэффициент внутреннего трения материала;

F – площадь выходного отверстия бункера, м²;

h – высота столба материала в бункере, м;

γ – объемная масса материала, кг/м³.

Мощность двигателя питателя (кВт):

.

Лотковые питатели используют для подачи материалов мелкой и средней крупности. Их производительность достигает 250 м³/ч, число ходов 20-60 в минуту.

Рисунок 41 – Лотковый питатель

Лотковый питатель (рис. 41) состоит из рамы 7, на которой смонтированы лоток 5, опирающийся на ролики 6, и привод, состоящий из двигателя 1 и редуктора 2. Выходные валы редуктора имеют кривошипы 3, при вращении которых через шатун 4 лотку сообщается возвратно-поступательное движение.

При поступательном движении лотка вперед часть материала выносится из зоны питающей воронки, а при обратном ходе материал сбрасывается с лотка. На выходной части лотка установлен шибер 8, при помощи которого регулируется сечение потока материала и, таким образом, изменяется производительность питателя.

Производительность лоткового питателя (м³/ч)

,

где: В – ширина лотка, м;

h – высота слоя материала на лотке, равная расстоянию между лотком и нижней кромкой шибера, м;

s – ход лотка (s = 2е, где е – эксцентриситет кривошипа), м;

n – частота вращения кривошипа, об/с;

φ – коэффициент заполнения, равный 0,7-0,8.

Сопротивление перемещению лотка складывается из сопротив­ления перекатыванию лотка по роликам и сопротивления сдвига материала по материалу в зоне активного давления под бункером. Общая нагрузка на ролики (Н)

,

где: - нагрузка на лоток в зоне активного давления, Н;

F – площадь сечения выходного отверстия бункера, м;

h_б – высота столба материала в бункере, м;

G₀ – сила тяжести лотка, Н;

- сила тяжести материала в лотке, Н;

В – ширина лотка, м;

h_л – высота слоя материала в лотке, м;

L – длина лотка, м;

Γ – объемная масса материала, кг/м³.

Сопротивление перемещению лотка (Н)

,

где: к_ω – коэффициент сопротивления перекатыванию по роликам (к_ω ⋲ 0,1).

Мощность привода (кВт)

,

где: s – ход лотка, в м;

n – число ходов лотка в секунду;

η – к.п.д. привода;

к_з – коэффициент запаса.

Вибрационный питатель (рис. 42) состоит из лотка 1, подвешенного на амортизаторах 2 к бункеру. Колебательные перемещения лотку передает электромагнитный вибратор 3.

Рисунок 42 – Вибрационный питатель

Рисунок 43 – Электромагнитный питатель

Частицы материала, поступающие на лоток бункера, начинают вибрировать вместе с лотком, образуя текучую зернистую массу.

Электромагнитный вибратор (рис. 43) состоит из якоря 1, возвратных пружин (рессор) 2 и электромагнита 3. При прохожде­нии тока по обмотке возбуждения ОВ якорь электромагнита притягивается к ярму, а при отсутствии тока (или изменении его поляр­ности) – отталкивается пружинами. Такая схема называется однотактной. Изготовляются и двухтактные вибраторы.

Электромагнитный вибратор имеет некоторые преимущества перед механическими вибраторами: отсутствие трущихся частей, простота регулирования амплитуды колебаний, а следовательно, и производительности при изменении силы тока в обмотках электромагнита. Вибратор с частотой 3000 колебаний в минуту запитывается через выпрямитель (диод Д), спрямляющий одну полуволну переменного тока. Изменение силы тока в обмотке магнита производится магнитным усилителем МУ при изменении напряжения с помощью цепи сопротивлений R1, R2, R3.

Теоретически производительность вибрационного питателя (м³/ч)

,

где: h – высота слоя материала на лотке, м;

v_M – скорость движения материала, м/с.

Шнековые или винтовые питатели применяют для подачи порошковых материалов. Перемещение материала в пита­теле (рис. 44) осуществляется при вращении винта 4 в герметическом корпусе 3. Шнек приводится в движение двигателем 1 через редуктор 2.

Рисунок 44 – Шнековый питатель

Производительность питателя изменяется при изменении угловой скорости шнека. Для этого в шнековых питателях устанавли­вают вариаторы или электродвигатели с регулируемой угловой скоростью.

Производительность шнекового питателя (м³/ч)

,

где: D – наружный диаметр шнека, м;

s – шаг винта шнека, м;

n – частота вращения шнека, об/с;

φ – коэффициент, заполнения корпуса шнека материалом: при подаче кусковых материалов

φ = 0,2÷0,35; при подаче порошковых материалов с подпором φ = 0,85÷0,9.

Тарельчатый питатель (рис. 45) состоит из бунке­ра 1, на горловине которого закреплена манжета 2 для регулирования высоты Н подаваемого материала. Материал засыпается на тарелку 3, вращающуюся от электродвигателя 6 через редуктор 5 и коническую передачу 4. Тарелка представляет собой усиленную ребрами Жесткости круговую пластину, вращающуюся в опорах 7. Материал ножом 9 сбрасывается в разгрузочную во­ронку 8. Быстро изнашиваемые части (ножи, тарель) фу­теруют чугунными сменными листами или наплавляют твердым сплавом. Жесткая конструкция корпуса тарель­чатого бункера, надежность в работе позволяют уста­навливать его под бункерами с дробленой рудой перед мельницами. Однако он плохо работает на пылевидных, влажных и глинистых материалах.

Рисунок 45 – Тарельчатый (дисковый) питатель

Производительность тарельчатого питателя, т/ч:

,

где: R – радиус манжеты, м;

h – высота слоя материала, м;

φ – угол естественного откоса, град.

Для нормальной работы питателя центробежная сила не должна отбрасывать материал с тарелки, т.е.

,

где: f_C – коэффициент трения материала о диск;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Критическое число оборотов диска в секунду

.

Барабанный питатель (рис. 46) применяют в агломерационных цехах для транспортирования сыпучих материалов. Он состоит из корпуса 1, барабана 2 и шибера 3 для регулирования производительности. Материал подается с помощью вращающегося цилиндрического барабана. Производительность барабанного питателя можно определить по формуле:

,

где: h – высота разгрузочной щели, м;

B, D – соответственно рабочая длина и диаметр барабана, м;

ω – угловая скорость барабана, 1/с.

При расчете принимают коэффициент заполнения ψ = 0,7.

Рисунок 46 – Барабанный питатель

Барабанно-лопастный питатель представляет собой горизонтальный полый цилиндр, внутри которого вра­щается барабан с радиальными лопастями. Лопасти де­лят цилиндр на равные камеры Барабан, вращаясь на оси, захватывает с помощью лопастей одинаковые пор­ции материала и подает их в разгрузочною часть пита­теля. Данный питатель предназначен для пылевидных и мелких материалов (металлургической пыли, оборотного агломерата) и от него требуется повышенная герметичность. При работе на горячих материалах корпус и барабан изготовляют из жаростойкой стали или чугуна. Производительность питателя регулируется изменением скорости барабана с помощью двигателя постоянного тока или храпового механизма. Четкая подача материала порциями позволяет использовать питатель в качестве дозатора. Производительность рассчитывают по формуле, т/ч:

,

где: z – число камер вместимостью V;

n – частота вращения, об/мин.

Литература: 3осн. [24-31]; 4осн. [110-129]; 1доп. [45-53]; 2 доп. [245-258].

Контрольные вопросы:

1. Какие существуют способы разгрузки сыпучих материалов из бункера.

2. Что такое естественный угол откоса сыпучих материалов.

3. Основные типы питателей сыпучих материалов.

4. Назначение грохотов.

Лекция №10.

Тема лекции: Оборудование для сортировки сыпучих материалов. Грохоты, типы, устройство, принцип работы.

Общие сведения о процессах сортирования материалов. Назначение и сущность процессов сортирования. Процессы сортирования и обогащения широко используют в промышленности.

В процессе переработки сырья материал необходимо разделять на сорта по крупности, удалять из материала примеси и включения, снижающие его качество. Основное оборудование для этих процессов основывается на механическом, гидравлическом и воздушном принципе действия.

Наиболее распространенный способ сортирования материалов - механический. Механическое сортирование, производимое на плоских или криволинейных поверхностях с отверстиями заданного размера, называется грохочением, а машины и устройства, служащие для этой цели, грохотами.

Различают сухой и мокрый способы грохочения. При мокром способе исходный материал поступает на грохот в виде пульпы или в сухом виде и на грохоте орошается водой из специальных брызгал. Мокрый способ применяют обычно для сортирования материалов повышенной влажности и загрязненных глиной, илом и другими примесями. В этих случаях при грохочении материал не только разделяется по крупности, но и промывается.

Процесс грохочения принято оценивать двумя показателями: производительностью, т. е. количеством поступающего на грохот исходного материала в единицу времени, и эффективностью грохочения – отношением массы материала, прошедшей сквозь отверстия сита, к массе материала данной крупности, содержащейся в исходном продукте.

Неприводные грохоты. К грохотам этого типа относятся колосниковые, дуговые, и цилиндрические.

Колосниковые грохоты представляют собой конструк­цию, состоящую из параллельных колосников, закреплен­ных болтами на общей раме по обоим концам колосни­ков. Иногда один из концов закрепляют консольно. Кон­струкцией предусмотрена смена колосников. С целью увеличения срока службы верхние кромки колосников наплавляют твердыми сплавами. Для оптимизации про­цесса угол наклона колосников должен составлять при грохочении руд 40—45° и при грохочении углей 35—30°.

Производительность грохота Q определяют ориентировочно, т/ч:

Q =2,4Fa,

где a — размер щели между колосниками, мм; F—пло­щадь просеивающей поверхности, м².

Эксплуатация грохотов показывает, что их применение неэффективно на глинистых и вязких материалах, влажность которых превышает 6—8 %. Вследствие необходимости больших наклона и протяженности колос­ников высотные габариты машины значительны. (¹ Длина колосников составляет примерно шесть диаметров наибольших кусков руды.).

Дуговой грохот (рис. 47) предназначен для грохоче­ния тонкого и мелкого материала. Крупность исходного Питания составляет 0,3—12 мм. Материал поступает через загрузочный патрубок 1 в грохот под действием из­быточного давления 0,14—0,25 МПа. Патрубок имеет сужающееся сечение, что позволяет повысить скорость .пульпы на выходе до 6 м/с и создать на цилиндрическом участке пути по дуге с центральным углом от 90 до 270° значительные инерционные силы. Под действием этих центробежных сил мелкие куски крупностью 0,1—3,25мм и жидкость проходят через сито 2 в разгрузочную коробку 3 и сливной патрубок 4. Крупный продукт разгружается через желоб 5.

При ширине щелей в сите 0,3—0,7 мм удельная производительность грохота составляет 70—150 м³/(ч·м²). Обычно при работе на рудных пульпах сито служит 30— 40 дней.

Цилиндрический грохот (рис. 48) работает по тому же принципу. Пульпа поступает в загрузочное устрой­ство и из него под напором выбрасывается касательно к цилиндрической поверхности. Закрученная струя пульпы по спирали 1 последовательно перемещается по цилиндрическому шпальтовому ситу 2, затем по коническому 3 и разгружается через выходной патрубок 4 надрешетного продукта. Подрешетный продукт проходит через от­верстия сита и выводится из корпуса грохота 5

Подвижные грохоты. К подвижным грохотам относятся валковые, барабанные, качающиеся, инерционные (или вибрационные) и специальные

Валковые грохоты представляют собой систему при водных валков с насаженными на них дисками Диски одного вала входят в междисковое пространство двух соседних валов, образуя зазоры протяженностью от 5 до 175 мм Количество валков колеблется от 5 до 13. Грохот устанавливают под углом 12—15° к горизонту и для предотвращения проскальзывания кусков скорость дисков к выходу грохота постепенно увеличивается. Диски могут быть гладкими, зубчатыми, круглыми, некруглыми (треугольными). Гладкие диски используют для грохоче­ния материала С целью ускорения процесса диски устанавливают эксцентрично, отстоящими один от другого на 20-25 мм и смещают на 70—90° эксцентриситеты соседних валков.

Зубчатые диски применяют для грохочения агломерата. Зубья выполняют в виде прямоугольной трапеции с увеличенным основанием. Для очистки зазоров от прилипшей руды высоту одного из зубьев увеличивают. Цепной шестеренчатый привод валков осуществляется через паразитные шестерни.

Валковые грохоты малопроизводительны, малоэф­фективны, сложны по конструкции и в эксплуатации; Ирок службы дисков сравнительно невелик, а замена их трудоемка.

Барабанные грохоты применяют при промывке и грохочении руд россыпных месторождений, золотосодержащих песков. Просеивающая поверхность представляет собой цилиндр, бандажи которого установлены на роликах. Один из роликов — ведущий — служит для передачи крутящего момента Для стабильного протекания процесса барабан наклонен на угол 3—7° к горизонту и от сползания по каткам удерживается двумя горизонтальными упорными роликами.

Громоздкость, низкий коэффициент использования площади грохочения, сложный привод и малая произво­дительность - основные недостатки, ограничивающие область применения грохота этого типа.

Рисунок 47 – Дуговой грохот Рисунок 48 – Цилиндрический грохот

Плоские качающиеся грохоты представляют собой короб с закрепленным в нем ситом Короб подвешен (установлен) на четырех подвесках (стойках), закрепленных в, неподвижным опорам. Со средней частью короба соединен эксцентриково-шатунный механизм, получающий, перемещение от электродвигателя, установленного на неподвижном основании. Под действием шатуна короб перемещается вперед и вверх, подбрасывая и встряхивая породу. При обратном ходе мелкие частицы породы происходят через сито. Число качаний короба 400—600 в минуту при амплитуде (эксцентриситете) от 4 до 16 мм. Эксплуатацию таких грохотов ограничивают сильные колебания, которые передаются фундаменту, а также недостаточная прочность опор.

Рисунок 49 – Потувибрационныи грохот

Вибрационные грохоты. Полувибрационный грохот (рис. 49, 50, а) более произ­водителен, чем качающийся грохот. Короб 1 с двумя ситами 2 и 3 наклонен на 15—30° к горизонту и в своей средней части имеет вибратор 4. Последний состоит из эксцентрикового вала, вращающегося на двух самоуста­навливающихся роликовых подшипниках, размещенных на неподвижной раме 5. Эксцентриковая часть вала на двух самоустанавливающихся роликовых подшипниках несет центральную часть короба. Периферические части короба поддерживают тяги 10 и листовые рессоры 6. Вращение вала осуществляется электродвигателем 7 через клиноременную передачу 8. Для регулирования величины колебаний короба на эксцентриковом валу предусмотрены два противовеса 9. Обычно частота вращения вибратора составляет 750—1000 об/мин при эксцентриситете 1,5—6 мм. Полувибрационные грохоты применяют для крупного (куски диаметром D<300 мм) среднего и мелкого грохочения. Так как центральная часть короба вращается по постоянной круговой траектории не зависящей от загрузки, то эти грохоты работают в тяжелых условиях надежно, с высокой производительностью. Однако довольно сложная конструкция (наличие четырех подшипников, трудность при монтаже и в эксплуатации, передача значительных вибраций на опоры) приводит к ограничению применения данных грохотов.

а — полувибрационный, б — инерционный с простым вибратором,

в — самоцентрирующийся, г — самобалансный д — резонансный

Рисунок 50 – Схемы грохотов

Литература: 2 осн. [146-148], 3 осн. [68-78].

Контрольные вопросы:

1. Назначение и сущность процессов сортирования.

2. Что называется процессом грохочения?

3. Какими показателями оценивается процесс грохочения?

4. Какие грохоты относятся к неприводным?

5. Какие грохоты относятся к приводным?

6. Основные узлы и детали валкого грохота.

Лекция №11

Тема лекции: Оборудование для обогащения. Методы обогащения. Необходимое механическое оборудование.

По характеру осуществления обогащение делится на следующие процессы.

Гравитационное обогащение основано на различии движения минеральных частиц в различных средах. Обогащение в тяжелых средах – наиболее эффективный метод, обеспечивающий точное разделение материалов по заданной плотности. Крупнокусковые и крупнозернистые материалы при этом разделяются под действием сил тяжести и сопротивления среды. Сепарация мелко­зернистых материалов происходит в центробежном поле.

Обогащение под действием восходящих или восходяще-нисходящих потоков воды или воздуха называется отсадкой. Обогащение в струе воды, текущей по наклон­ной плоскости, осуществляется в струйных сепараторах и на концентрационных столах, а в криволинейных пото­ках – в шнековых и винтовых сепараторах.

Флотационное обогащение основано на избирательной способности отдельных минералов закрепляться на поверхности раздела системы жидкость – газ. Тонкоизмельченная руда в виде пульпы подвергается воздействию реагентов для усиления различия в смачиваемости разделяемых материалов. Несмачиваемые минералы сталкиваясь с воздушными пузырьками, закрепляются на их поверхности и образуют пенный продукт.

Магнитное обогащение основано на различии в поведении минералов в магнитном поле. Чаще всего его при­меняют для удаления железа из руд цветных металлов.

Электрическое обогащение основано на различии у разделяемых материалов электрических свойств.

Механическое оборудование для гравитационного обогащения.

Гравитационное обогащение в водном потоке, движущимся вертикально, называется отсадкой. Отсадку применяют для обогащения оловянных, вольфрамовых, золотосодержащих, железных и марганцевых руд крупностью 0,5-50 мм (иногда до 100 мм).

Отсадочные машины выполняют поршневыми (рис. 51, а), диафрагменными (рис. 51, б), с подвижным решетом (рис. 51, в) и с пульсирующей струей воды (рис. 51, г).

Рисунок 51 – Отсадочные машины

При поршневых и диафрагменных отсадочных машинах поршень 5 и диафрагма в мертвых точках (верхней и нижней) имеют нулевую скорость, при угле поворота эксцентрика 90 и 270⁰ скорости поршня (диафрагмы) будут максимальными , где ω – угловая скорость вала эксцентрика 4; r – радиус эксцентрика.

При движении поршня (диафрагмы) в камере 3 вниз скорость водяного выходящего потока плавно возрастает до максимума. Поэтому в начале более мелкий материал, прошедший сквозь решето 2 и постель струей воды 1 поднимается над решетом. С увеличением скорости потока мелкие частицы подбрасываются выше, чем крупные. При находящем потоке более мелкие частицы уплотняются в верхнем ряду, крупный материал закрепляется в верхнем ряду, крупный материал закрепляется снизу. В результате многократного повторения цикла сверху решета располагается мелкая порода, снизу крупная (концентрат). Аналогично работает диафрагммная машина. Но нисходящий и восходящий потоки создаются не поршнем, а диафрагмой.

При подвижном положении решета процесс осуществляется так же, как и в предыдущих машинах. Нисходящие и восходящие потоки создаются возвратно-поступательным движением решета. При импульсной подаче воды напор создается клапаном 1 с запорной пружиной 2 (рис.51, г). Как только давление на шарик снизу превышает давление пружины, происходит импульсный впрыск воды в камеру, образующий восходящий поток. При закрытом клапане 1 скорость потока постепенно снижается до нуля. Таким образом, цикл данной отсадочной машины состоит лишь из восходящих потоков (300-600 циклов в минуту). Из описанных машин чаще применяют диафрагмовые отсадочные машины с горизонтальным и вертикальным расположением диафрагмы.

Концентрационные (сотрясательные) столы используют для обогащения оловянных золотосодержащих руд. При движении по наклонной поверхности стола (деке) разделенного рифлениями, на частицу материала воздействуют струи воды, направленные перпендикулярно главной оси стола. При этом, чем частица тяжелее, тем меньше расстояние, на которое оно отклоняется от траектории своего движения вниз по столу. С другой стороны, чем больше плотность и крупность материала, тем больше расстояние он проходит вдоль стола под действием силы инерции. Таким образом, благодаря кинематике движения частиц и наличию рифлений на выходе со стола смывной водой осуществляется разделение на концентрат, промпродукт и хвосты.

К обогатительным процессам при движение продукта по наклонной плоскости относится разделение в конусном сепараторе, составленном из струйных желобов, сужающихся к низу машины. За счет кинематики движения частиц у разгрузочного конца конусной деки создается четкое разграничение концентрата, промпродуктов и хвостов, которые движутся из машины по своим каналам патрубкам. Положение патрубков регулируется специальными устройствами.

К машинам рассматриваемого класса относится винтовой сепаратор, составленный из неподвижных винтовых желобов. В верхнюю часть желоба подается предварительно классифицированная пульпа вместе с водой. Под действием центробежных сил и воды легкие зерна всплывают на поверхность потока и перемещаются в периферическую часть желоба, тяжелые, наоборот, концентрируются на внутренней придонной стороне желоба. После прохождения пульпой двух-, трех витков ее расслоение заканчивается: тяжелый продукт отсекателями разгружается с верхних витков, промпродукт с нижних, а легкий продукт – в конце желоба.

Механическое оборудование для флотационного обогащения. В настоящее время около 95% руд цветных металлов обогащают с помощью флотации. Для проведения флотации применяют флотационные машины с механическим перемешиванием пульпы и созданием при этом воздушного потока; пневмомехаческие флотационные машины с использованием воздуходувок для создания воздушного потока; пневматические флотомашины с использованием воздуходувок для перемешивания и аэрации пульпы.

Флотационная механическая машина «Механобр» (ФМР) состоит из всасывающих и прямоточных камер (рис. 52), сообщающихся через отверстия в межкамерных перегородках. В каждой камере 5 предусмотрен аэратор, состоящий из статора 1 и импеллера 2, укрепленного на вертикальном валу 3, с приводом от электродвигателя 7 через клиноременную передачу 8. Вращаю­щийся вал импеллера заключен в центральной полой трубе, к которой крепится статор с лопатками, располо­женными в его периферийной части. Лопатки размещены под углом 60° к радиусу. При вращении импеллера в центральной трубе создается разрежение. За счет этого разрежения происходят межкамерная, внутри камерная циркуляция пульпы и подсос воздуха. Для межкамерной циркуляции в трубе служит отверстие, к которому присоединен канал 12 всасывающей камеры. В прямоточной камере этот канал закрыт пробкой. Для внутри камерной циркуляции служат отверстия 13, расположенные друг против друга, открытие которых регулируется заслонками 4. Воздух подсасывается через трубы 6, разбивается лопатками импеллера и статора на мелкие пузырьки и поднимается вверх. При этом движении к нему «прилипают» флотируемые несмачиваемые частички минералов, образующие пенный продукт, непрерывно удаляемый пеногонном 10 из камеры 11 в желоб.

Рисунок 52 – Флотационная механическая машина

Надежность работы машины обеспечивается установкой зазоров между лопатками импеллера и статора, положением косо направленных лопаток внутри статора и регулируемого заслонками количества засасываемой пульпы. Для повышения срока службы лопатки гуммируют резиной. Подшипниковый узел импеллера с центральной трубой собран в единый блок 9, который можно легко и быстро заменить при ремонте. Эксплуатация машин ФМР показала, что для увеличения их производительности должны быть расширены шиберные отверстия, служащие для регулирования уровня пульпы.

Флотационные механические машины выпускают семи модификаций с объемом камер от 0,14 до 6,25 м³ и производительностью по потоку питания от 0,4 до 12м³/мин; окружная скорость импеллера изменяется в пределах 7-9 м/с. Мощность двигателя зависит от плотности пульпы. Для самых крупных машин ФРМ-63 мощность привода для тяжелых пульп принята 30, для легких и средних 22 кВт.

Пневматическая флотационная машина (аэролифтная с ванной до 1 мм) представляет собой V-образную ванну, в середине которой установлены перегородки, образующие центральный отсек – аэролифтную камеру. Сверху отсек прикрыт колпаком, края которого погружены в пульпу. В центре отсека установлен ряд трубок для подачи воздуха от общего воздушного коллектора. В торце камеры предусмотрен желоб для подачи пульпы. Она через приемный карман попадает к трубкам вместе с воздухом. Здесь воздух подхватывает пульпу и пульпо-воздушная смесь поднимается под колпак с внутренней стороны перегородок, после чего сливается через края перегородок. В боковой отсек ванны пульпа с воздухом по­ступает через отверстие в куполе. Большая часть возду­ха, транспортирующего и перемешивающего пульпу внутри перегородок, удаляется через регулируемый кла­пан. Образовавшаяся пена через порог сливается в же­лоба. Недостатком машины является менее интенсивное перемешивание пульпы, большой расход воздуха, боль­шая чувствительность к изменению плотности и крупно­сти питания, чем у механических и пневмомеханических машин.

Пневматическая аэролифтная машина с глубокой ванной (до 3,5 м) состоит также из V -образной ванны, аэролифтной камеры, системы направляющих щитов, щеле­вых аэраторов, воздухопровода, воздушных патрубков с регуляторами подачи воздуха. В направляющих щитах предусмотрен регулятор сброса транспортного воздуха. Пена через порог самотеком поступает в сборный желоб. Ее преимущества состоят в том, что благодаря двусто­роннему подводу воздуха увеличивается глубина ванны; появляется возможность улучшить перемешивание пульпы и вовлечь во флотацию грубозернистые материалы; вследствие углубления ванны уменьшается расход воздуха для транспортирования.

Механическое оборудование при магнитном и электрическом обогащении. Машины, в которых осуществляется магнитное обогащение, называются магнитными сепараторами. При обогащение цветных металлов сепараторы используют для удаления железа и доводки руд цветных и редких металлов. По конструкции сепараторы делят барабанные, валковые, дисковые, ленточные. Барабанный сепаратор с противоточной ванной (рис. 26) состоит из вращающегося барабана 3 с магнитной системой. Привод осуществляется через двигатель-редуктор и зубчатое внутреннее зацепление. Барабан 3 вращается навстречу потока пульпы, подаваемой питателем 1, и в начале встречается с пульпой, в которой содержится остатки наименее намагниченных частиц. После этого барабан встречается с частицами, магнитные свойства которых сильнее; они прижимают слабомагнитные частицы к барабану, предотвращая возможные потери.

Накопленные массы магнитных частиц отрываются ближе к выходу барабана от пульпы и поступают в желоб концентрата 6. Немагнитные материалы вместе с основной массой воды, подаваемой через коллектор 2, сливаются в приемник 5 для хвостов. Наконец, излишек воды из ванны вместе с тонкими шламами сливается в патрубок 4.

Рисунок 53 – Барабанный сепаратор

При электромагнитном валковом сепараторе питание рудой проводится между валками и заключенным между ними корпусом с электромагнитными обмотками. В этом случае исходная руда, проходя по зазору между валками магнитом, расслаивается на магнитные и немагнитные материалы, которые отводятся в соответствующий приемник.

Электромагнитный дисковый сепаратор имеет две магнитные системы. Одна встроена в барабанный питатель и предназначена для отделения сильномагнитных примесей. Затем материал поступает на вибрационный лоток и перемещается под вращающиеся диски. Электромагниты, расположенные под лотком, создают неоднородное магнитное поле под заостренными концами дисков. Оно сильнее у краев дисков и слабее к их центру. Поэтому магнитные частички будут выноситься на приемники, установленные сбоку у вибролотка.

Основная литература: 1осн. [249-273]; 3 осн.[109-118];

4 осн. [167-180]; 1 доп. [178-204].

Контрольные вопросы:

1. Методы обогащения полезных ископаемых.

2. Типы флотационных машин.

3. Типы гравитационных машин.

4. Принцип работы магнитных сепараторов.

5. Принцип работы электрических сепараторов.

Лекция №12

Тема лекции: Оборудование для обезвоживания. Сгустители. Оборудование для вторичного обезвоживания. Фильтр- прессы.

Обезвоживанием называется процесс удаления жидкости из продуктов обогащения. Вода удаляется механическим способом (сгущением, фильтрованием, центрифугированием и дренированием) и термической сушкой. Для осуществления этих процессов применяют сгустители, фильтры, центрифуги и сушилки. Используя сгустители, удается повысить концентрацию твердого вещества в пульпе до 30-60%; после фильтров содержание влаги в конечном продукте доводится до 7-20%, а после сушилок до 1-4%.

На гидрометаллургических заводах широко применяют сгустители и фильтры. Сгустители используют для отстаивания (осветления) и сгущения пульпы. Осветленная жидкость, обычно представляющая собой раствор металла в кислоте, сливается по желобам и идет на дальнейшую переработку.

Для сгущения пульпы наиболее широко применяют радиальные сгустители. В сгустителях, представляющих собой чаны, медленно вращается перегребающее устройство и происходит расслаивание продукта на жидкую и твердую фракции. Твердые частицы пульпы перемещаются к центру вниз на разгрузку. Осветленная жидкость самотеком сливается в кольцевой желоб в верхней части чана. В зависимости от расположения привода перегребающего устройства сгустители бывают с центральным приводом и периферийным.

Сгустители с центральным приводом снабжены перегибающим устройством, расположенным на одном, двух и пяти ярусах. Последнюю применяют на глиноземных заводах. Одноярусные сгустители с чанами диаметром д

о 18 м представляют собой легкую рамную конструкцию, закрепленную на центральном валу. При увеличении диаметра чана до 100 мм перегребающее устройство изготавливают в виде фермы, закрепленной на центральной колонне. Сгуститель с центральным приводом легкого типа (Ц) состоит из чана 8 (рис. 54), на торце которого крепится опорная рама 5. У верхнего края чана с внутренней стороны предусмотрен кольцевой желоб с отверстием 6 для слива осветленной жидкости.

Рисунок 54 – Центральный сгуститель легкого типа

Пульпа подается в кольцевой желоб сверху через трубу и загрузочную воронку 7, нижняя кромка, которой находится ниже уровня пульпы, поддерживаемого сливным порогом. Привод перегребающего устройства состоит из электродвигателя 3, клиноременной передачи, цилиндрического и червячного редукторов 2. Через червячное колесо редуктора (по скользящей шпонке) проходит центральный вал сгустителя 9.

Для регулирования качества сгущения и предохранения подгребающего устройства 10 от перегрузок центральный вал оснащения механизмом подъема 1 для осевого перемещения. Механизм состоит из электродвигателя, клиноременной передачи червячного редуктора. Выходящий вал редуктора имеет винтовую нарезку, зацепляющуюся с гайкой подвески центрального вала. При включении электродвигателя высота подъема подгребающего уст­ройства регулируется винтовой парой. Для успокоения жидкости в ванне установлены специальные пеногасители 12. Перегребающее устройство жестко крепится к центральному валу и состоит из крестовины, на которой закреплены граблины, с криволинейными гребками. По­ложение гребков регулируется с помощью растяжек.

При работе сгустителя в результате перемешивания пульпы жидкая фракция переливается через сливной порог в кольцевой желоб, а твердая оседает на дне корпу­са. Для устранения заиливания воронки на крестовине подгребающего устройства закреплены гребки для разрыхления заиливающихся песков и нож 11. Управление сгустителем осуществляется от пультового устройства.

Эксплуатация сгустителя с центральным приводом показывает, что для повышения надежности его работы корпус чана должен быть изготовлен из стального листа, железобетона или дерева в зависимости от состава, пульпы. При агрессивной пульпе наилучшие показатели обеспечивают деревянные чаны и чаны, футерованные кислотостойкой резиной и листовым свинцом. Для нейтральных пульп применяют чаны из стали Ст3, для кис­лотных пульп – из коррозионностойкой стали. При рабо­те в кислотных средах перегребающее устройство футе­руют резиной. В условиях абразивного износа чаны футеруют керамической плиткой и кислотостойким кирпичом.

Многоярусные сгустители. Общий чан многоярусного сгустителя разделен диафрагмами на несколько ярусов. Через все ярусы проходит общий вал, на котором в каждом ярусе закреплены трубчатые граблины с гребками. Сгущенный продукт последовательно проходит из верхнего яруса в нижний и затем переходит на дальнейшую переработку. Слив самостоятельно выводится из слив­ных порогов каждого яруса. Многоярусные сгустители значительно производительнее одноярусных, но ремонт их сложнее.

Рисунок 55 – Периферический сгуститель

Сгустители с периферическим приводом предназначены для работы на чанах диаметром > 40м. Радиальный сгуститель с периферическим приводом (рис. 55) выполнен в виде рамной мостовой конструкции 3 с дополни­тельной опорой на центральной опоре 7. К мосту при­креплены гребки 2. Привод сгустителей состоит из электродвигателя, редуктора и ходовых катков (колес) 5 передвигающихся по круговому монорельсу 4. Для ос­мотра центральной опоры и привода предусмотрен мо­стик 6. Так же, как в конструкциях с центральным при­водом, пульпа подается в центральную часть чана и перемешивается перегребающим устройством. При этом осветленная жидкость сливается через сливной порог 1 в кольцевой желоб, твердые частицы разгружаются че­рез выгрузочную воронку и насосом подаются по пульпопроводу на дальнейшую переработку.

Во время эксплуатации сгустителей с периферическим приводом при перегрузках, попадании на моно­рельс влаги и масел иногда происходит пробуксовка ходовых катков (колес). Из-за нестабильной работы привода их рабочие детали и опоры быстро изнашиваются. Учитывая эти недостатки, отечественная промышленность перешла на изготовление сгустителей с центральным приводом для чанов диаметром 40 м.

Механическое оборудование для фильтрования. Фильтрованием называется обезвоживание мелкозернистых материалов, основанное на принудительном отделении жидкости от твердых частиц с помощью пористой перегородки, непроницаемой для твердых частиц. Твердые частицы, задерживаемые фильтрующей поверхностью, называются осадком (кеком), жидкость – фильтратом.

Фильтрующие машины делят на машины непрерывного и периодического действия. В зависимости от способа создания перепада давления на фильтрующий по­верхности они бывают вакуумными и работающими под давлением. По виду фильтрующей поверхности их разделяют на дисковые, барабанные и ленточные. Наибольшее распространение получили фильтр-прессы и вакуум-фильтры.

Фильтр-прессы применяют на химию металлургических заводах. Они являются машинами периодический действия, работающими под давлением Рамные фильтр- прессы (рис. 56) состоят из опорных стоек. На первой стойке установлена упорная плита 1, на второй – механизм зажима. Стойки связаны колоннами 6. К упорной плите на колоннах последовательно устанавливают рамы 3 и плиты 4. Между ними закреплены фильтрующие перегородки 5. Все рамы с плитами распираются между упорной и зажимной 2 плитами гидравлическим зажимным устройством. Это устройство состоит из цилиндра, в котором под давлением перемещается плунжер 5 со штоком. Для разгрузки цилиндра от давления во время длительного рабочего периода используют винты 9 с гайками 11 и храповые приспособления Для отвода зажимной плиты в исходное положение используют стационарные грузы 7, подвешенные на тросах 10. Работа фильтр-пресса осуществляется в следующем порядке. После установки фильтрующих перегородок и сжатия системы в питающие камеры рам и плит подается под давлением пульпа, поступающая в полости, образованные фильтрующими перегородками и рамами. Через фильтрующие перегородки фильтрат транспортируется к плитам. Плиты представляют собой раму с плоской перегородкой посредине. На перегородке имеются рифле-виде вертикальных и наклонных борозд, сходящихся к выгрузочному отверстию и предназначенных вправленного стока фильтрата.

Рисунок 56 – Рамный фильтр-пресс

После заполнения указанной полости осадком (окончание процесса фильтрации) начинается процесс промывки, при котором на осадок дополнительно воздействует с противоположной стороны вода для извлечения полезных материалов. Затем зажимы с фильтрующей системы снимают, плиты и рамы разбирают, осадок снимают с перегородок. После этого процесс повторяется.

Наиболее нагруженными деталями фильтр-прессов потея гидравлические цилиндры, поршни, шток, ко­лонны и т д.

Литература: 3осн. [122-127], 4осн. [181-183], 1 доп. [205-213].

Контрольные вопросы:

1. Типы сгустителей по расположению привода.

2. Основные узлы и детали сгустителей с центральным приводом.

3. Принцип работы сгустителя с центральным приводом.

4. Основные узлы и детали сгустителей с периферийным (боковым) приводом.

5. При каких диаметрах чана применяется периферийный привод?

6. Принцип работы фильтр-пресса.

Лекция №13

Тема лекции: Оборудование для вторичного обезвоживания концентратов. Фильтры непрерывного действия.

Фильтры непрерывного действия. К. машинам непрерывного действия, прежде всего, относятся дисковые и барабанные вакуум-фильтры (рис.57). Диски (барабан) вращаются в ванне, заполненной пульпой. На пульпу со стороны фильтрующей поверхности диска (дуга АОВ) действует разрежение. Слой кека, образующийся на участке АОВ, При выходе из ванны остается в зоне разрежения на участке фильтрующей поверхности (дуга ВСD). В эти момент он дополнительно фильтруется и подсушивается. На участке дуги DЕА под фильтрующую ткань барабана подается избыточное давление, действие которого нарушает цельность кека, что позволяет сравнительно просто отделить его от стенок барабана ножом, установленным в точке Е. На участке дуги ЕА фильтрующая ткань продолжает очищаться от пульпы продувкой избыточным давлением. Срезанный кек через разгрузочный желоб (карман) попадает на конвейер.

Рисунок 57 – Принцип действия вакуум-фильтра

Дисковый вакуум-фильтр состоит из ряда дисков закрепленных на общем валу 6, двух распределите головок 1, корыта 8, мешалки 7, ножа 4 с карманом кека и привода 9, 10 (рис. 58).

Рисунок 58 – Дисковый вакуум-фильтр

Вал фильтра представляет собой литую конструкцию из двух концентрических труб с продольными ром которые разделяют кольцевую поверхность между трубами на отдельные ячейки. Это позволяет направленно создавать в них или избыточное давление, или вакуум. Вал набран из ряда секций, торцевые поверхности которых перед сборкой подвергают гидравлическому испытанию и тщательному контролю. При сборке в торцы секций закладываются прокладки, промазанные, промазанные специальным лаком.

При работе на нейтральной пульпе используют для отливок серый чугун марок СЧ 15—32 и СЧ 18—36. При кислотных пульпах используют специальные кислото-стойкие стали. Вал медленно вращается со скоростью 0,13 – 2 об/мин от электродвигателя через коническо-цилиндрический редуктор и зубчатую передачу 2, состоящую из шестерни и колеса, ступица которого закреплена на валу. В настоящее время для регулирования скорости вращения фильтра применяют вариаторы. Вал установлен в подшипниках скольжения на опорах 5 и работает в условиях граничной смазки.

Каждый диск вакуум-фильтра состоит из секторов. Сектор выполнен в виде плиты с рифлеными рабочими поверхностями или в виде коробки. Материалом для плиточных секторов служит древесина, резина, стеклопластик и др. Конструкция плит (рис. 59) включает в себя центральную плиту 6, состоящую из отдельных планок 4, соединенных винтами и ограниченную по периметру выступающими бортиками 7. Для соединения с ячейками вала применяют металлические ниппели 5 с рези новыми уплотнителями 3. Секторы центрируются в отдельные диски и прижимаются к валу с помощью шпилек 2, прижимных планок (шайб) / и гаек. При отвинчивании гаек сектор легко демонтируется и заменяется другим.

Коробчатые секторы сваривают из углеродисты сталей для нейтральных пульп и из нержавеющей стали и титана для агрессивных пульп. Эксплуатация титановых сплавов показала, что срок службы машины увеличивается в 3—4 раза.

Рисунок 59 – Диск вакуум –фильтра

Каждый сектор с торцов обтягивают фильтровальной тканью, которая должна быть стойкой и долго сохранять прочность. Обычно в зависимости от пульпы используют ткани хлопчатобумажные (бельтинг, бязь, миткаль) и синтетические (капрон, лавсан и др.).

Распределительная головка (рис. 60) создает специальный режим работы в различных секторах диска. Она в определенной последовательности соединяет ячейки вала 1 и, следовательно, секторы дисков с камерами вакуума или с камерами давления 8. Корпус головки 6 состоит из клапанной коробки и горловины 11. Профиль клапанной коробки полностью совпадает с профилем кольцевых ячеек вала. Для создания плотного прижатия торцов вала и коробки применяют уплотнительные шайбы 3, 4. При этом шайба 3 прикреплена к вращающемуся валу, а шайба 4 - к неподвижной головке. Для герметичности шайбы крепят на резиновых прокладках 2.

Поверхности шайб пришабривают. Для уменьшения сил трения одну из шайб изготовляют из чугуна, другую — бронзы и на контактную поверхность подается капельная смазка 5.

Силовое замыкание вала с головкой обеспечивается с помощью пружинного поджатия 7 через шпильку 9 и шариковый подпятник 10. В последнее время вместо пружины и подшипника поджатия применяют более стойкий резиново-фторовый вкладыш. Вал и головка центрируются с помощью стакана 14.

В клапанной головке предусмотрено для подвода сжатого воздуха 8, горловина 11 для отсоса фильтрата и канал для отсоса промывной воды и прососа воздуха при промывке осадка.

Горловина 11 распределительной головки предназначена для прохождения фильтрата. Для контролирования процесса используют смотровое стекло 12 в специальном патрубке 13, соединенном гибким рукавом с общим трубопроводом.

Рисунок 60 – Распределительная головка

Корыто (корпус) изготовляют сварным из стального листа. При нейтральной пульпе используют углеродистую сталь, при агрессивной — нержавеющую и титановые сплавы. В нижней части корыта предусмотрен ряд отверстий, через которые поступает пульпа из общего коллектора. Сочетание нижнего подвода с перемешиванием мешалкой не позволяет пульпе заиливаться и улучшает качество фильтрации. Для поддержания постоянного уровня в корыте служит переливной патрубок.

Для очистки и мойки корпуса предусмотрен выпуск пульпы через разгрузочное отверстие в его днище.

Кек снимается с торцов каждого диска ножом, расположенным в карманах (нишах) корыта; сначала кек поступает в карманы, затем идет на дальнейшую переработку.

Мешалка подвешена на хомутах с двух сторон к валу фильтра. Она представляет собой изогнутый толстый лист из углеродистой или нержавеющей стали (в зависимости от характера пульпы). Качательное движение мешалка получает от вала редуктора главного привод через цепную передачу, эксцентрик и тягу, шарнирно связанную с верхней крышкой хомутика. В некоторых конструкциях фильтров предусмотрен индивидуальны привод мешалки.

Барабанный вакуум-фильтр выпускают с наружной и внутренней поверхностями фильтрации. При наличии наружной поверхности фильтрации (рис. 61) использую пустотелый барабан 3, соединенный торцовыми стенками с цапфами 5, 12, которые установлены в подшипниках 11 корыта 8. На цапфе жестко крепится зубчатое колесо 13, вращающееся от электродвигателя 10 через клиноременную передачу, редуктор, вариатор 9 и открытую шестерню. Для подачи пульпы предусмотрены входные отверстия из общего коллектора 1. Перемешивание пульпы обеспечивается мешалкой 7, представляющей собой решетчатую раму с индивидуальным приводным механизмом. К цапфам вала примыкают распределительные головки 6, конструкция которых аналогична инструкции головок дисковых вакуум-фильтров. Сварной пустотелый барабан состоит из наружного и внутреннего 2 цилиндров.

Рисунок 61 – Барабанный вакуум -фильтр

Пустотелому барабану придает жесткость ряд внутренних колец жесткости, выполненных в виде кольцевых перегородок. Дополнительно полости барабана и цапф разделены продольными ребрами на несколько отдельных секций, соединенных трубками 4 с пустотелыми цапфами.

Наружный цилиндр разделен на неглубокие ячейки, покрытые перфорированными решетками, внутренние полости которых соединены с полостями барабана. Между соседними ячейками находятся уплотнения, исключающие их сообщение между собой. С наружной стороны барабан обтянут фильтровальной тканью. Для закрепления ткани и уплотнительных колец барабан обматывают мягкой проволокой с шагом 30—50 мм. Ячейки барабана, погруженные в пульпу, соединены через каналы в цапфе и распределительной головке с вакуумным насосом. Посредством разрежения на наружной поверхности барабана образуется слой осадка (кека). При выходе из ванны разрежение продолжает вытягивать из осадка влагу, осушая его. Затем полости цапфы соединяются с полостями головки, подающими сжатый воздух. Происходит отдувка кека, при которой ножи счищают его с фильтрующей ткани в ниши корыта. После этого кек попадает на конвейер и направляется в сушильное отделение или склад готовой продукции.

Литература: 2 осн. [287-301], 3 осн. [128-142], 1 доп. [187-190].

Контрольные вопросы:

1. Перечислите существующие типы машин для вторичного обезвоживания концентратов.

2. Устройство и принцип работы дискового вакуум-фильтра.

3. Устройство и принцип работы распределительной головки вакуум-фильтров.

4. Принцип работы фильтр-прессов.

5. Как снимается с барабана обезвоженный концентрат?

Лекция №14

Тема лекции: Оборудование для приготовления шихты. Лопастные шпековые смесители. Смесители.

Оборудование для сушки сырых материалов. В цветной металлургии существует большое разнообразие сушилок, классифицируемых по конструктивным и технологическим принципам. Например: по давлению в камерах – на вакуумные и атмосферные; по способу подвода тепла – на конвективные, контактные, радиационные, высокочастотные; по виду сушильного агента – на воздушные, паровые, дымовые; по типу сжигаемого топлива – на мазутные и работающие на природном газе; по типу сжигающих устройств – с горелками, с форсунками и т.п.; по методу перемещения или поло­жения подсушиваемого материала – с неподвижным материалом, с передвижением на ленточных конвейерах, вагонетках, тележках и т.п.

Наиболее широкое распространение получили сушилки барабанного типа и с кипящим слоем. Схема барабанной сушилки показана на рис.62. Высушиваемый материал (концентрат влажностью более 5-10% и др.) подается из приемной камеры 1 в барабан 2. Движение материала в барабане осуществляется методом его пересыпания на наклонной вращающейся внутренней поверхности с углом наклона оси барабана до 6⁰. дополнительное воздействие на пересыпание материала оказывает насадка, установленная в барабане.

Рисунок 62 – Барабанная сушилка

Барабан закреплен в бандажах 3, которые опираются, на ролики 4 установленные под углом 30° к вертикали. Бандажей обычно два, роликов – четыре. Вращение барабана осуществляется от привода 7 через открытую зубчатую шестерню 5 и колесо 6. Привод состоит из электродвигателя, муфты и редуктора. От осевого сдви­га бандажа по роликам предусмотрен горизонтальный упор 8 у одного из бандажей. Для предохранения от выхода газов наружу и от подсоса воздуха служат уплотнения 9. Высушенный продукт выгружается через разгрузочную камеру 10. Барабаны изготовляют сварными с толщиной стенки 5-14 мм. Со стороны входа теплоносителя поверхность барабана снабжена насад­кой, выбор которой зависит от условий сушки и свойства подсушиваемого материала. Для крупных кусков особенно склонных к прилипанию, насадка выполнена, в виде лопастей, расположенных радиально по отношению к поверхности. Для сыпучих мелких материалов насадка усложнена введением переменного угла наклона ба­рабанных лопастей и дополнительных перемешивающих лопастей по всему сечению барабана. Пылеобразующие материалы перемешаются по ячейковой насадке. Стандартные насадки выпускают секциями длиной 1 м.

Сальниковые уплотнения барабана выполняют из асбестового шнура. Для гашения энергии выбивающегося газового потока применяют лабиринтные насадки.

Рисунок 63 – Опорные бандажи

Опорные бандажи могут быть прямоугольного и коробчатого сечения. Прямоугольные бандажи 1 (рис. 63, а) свободно сидят на башмаках 2 с зазором до 5 мм при нагреве корпуса до 150⁰ С. Упоры 3 соседних башмаков направлены в разные стороны, чтобы исключить возможность осевого сдвига бандажа. С помощью бол­тов башмаки крепят к подкладкам 5, обеспечивающим концентрическое положение барабана. После установки бандажей подкладки приваривают к корпусу барабана, а между подкладками и барабаном – кольца жестко­сти 4.

Литые коробчатого сечения бандажи (рис. 63, б) используют при небольших тепловых перепадах бандажа. Поэтому их жестко скрепляют с корпусом (обозначения те же, что и на рис. 63, а).

Конструктивно ролики выполняют по-разному. В некоторых конструкциях ролики жестко закреплены на осях, установленных в подшипниках скольжения или качения. В других конструкциях принято жесткое положение осей роликов в литых корпусах и свободная посадка роликов на осях подшипниках скольжения или качения. В настоящее время распространены подшипники качения. Для установки роликов по отношению к оси барабана и, следовательно, по отношению к поверхности бандажей подшипниковые опоры роликов могут сдвигаться по направляющим в горизонтальной плоскости. Такое смещение позволяет выставить корпус барабана, как при монтаже, так и при переточке бандажей из-за их износа. Конструкция упорных горизонтально расположенных роликов аналогично рассмотренным.

Привод барабана обеспечивает частоту вращения 1-8 об/мин и осуществляется от двигателей переменного тока через трехступенчатые редукторы со специальной коробкой сменных шестерен и открытой зубчатой парой. Обычно зубчатое колесо выполнено из двух половин для облегчения монтажа: сначала устанавливают одну половину колеса, затем другую. Крепление венца к барабану с помощью башмаков аналогично креплению бандажей.

В современных конструкциях в место специальной коробки со сменными шестернями привод барабана осуществляется от трех- и четырехскоростного электродвигателя.

Сушилки выполнены со встречным (противоточное) и параллельным (прямоточные) движением дымовых газов. У противоточных температура газов максимальна в момент встречи с высушенным материалом, поэтому более мелкие частицы могут пересушиваться и с дымовыми газами вовлекать в противоток другие мелкие недосушенные материалы, ухудшая качество сушки. Прямоточные сушилки не могут вызывать пересушки материала, так как в них наиболее горячие дымовые газы встречаются с холодным материалом. С другой стороны, по мере продвижения нагреваемого материала к выходу температура дымовых газов снижается. Поэтому наиболее распространены прямоточные сушилки. Диаметр барабанных сушилок 1-3,5 м, длина 4-27 м.

Режим работы сушилки зависит от крупности и влажности материала и степени заполнения, которая колеб­лется от 0 15 до 0 25. По опытным данным, когда темпе­ратура газов на входе составляет 1000-1100 и на выходе 70-120⁰ С, время сушки не превышает 15-30 мин.

Для свинцовых, цинковых и медных заводов рудным сырьем служат флотационные концентраты, для никелевых – концентраты и дробленая руда. Кроме извлекаемых ме­таллов (свинца, меди, цинка, никеля, кадмия, кобальта, благородных и других метал­лов), в рудном сырье содержится большое количество кварца, серы, известняка, железа и других компонентов. Извлечение нужных металлов и удаление ненужных компонен­тов достигаются в результате проведения многочисленных технологических процессов, основными из которых являются: обжиг, спекание, плавка, конвертирование и рафини­рование на пирометаллургических заводах; обжиг, выщелачивание, электролиз и рафи­нирование на гидрометаллургических заводах.

В рудное сырье, предназначенное для пирометаллургической (огневой) переработки, добавляют флюсы (известняк, кварц, железную руду), а также различные материалы, возвратившиеся из металлургического передела (оборотные материалы, возврат): шлаки, пыль, мелкий агломерат, кеки, клинкер и др. Эту смесь материалов различного состава, формы и крупности называют шихтой. Крупнокусковые материалы (известняк, кварц, железную руду) дробят и измельчают до требуемой крупности. Перед подачей в металлургическую переработку шихту перемешивают, усредняют для придания ей од­нородности, без чего невозможно достичь эффективной, экономичной работы металлур­гических агрегатов.

Шихтовые материалы усредняют двумя способами: на ленточном сборном конвейере и в послойных штабелях. Сборный конвейер проходит вдоль бункеров, из которых ма­териалы питателями и весовыми дозаторами подаются на ленту одновременно, образуя на ней несколько слоев. В этом случае при дальнейших перегрузках материалов с кон­вейеров шихта перемешивается в бункерах и питателях. Окончательное перемешивание осуществляется в смесителях.

Усреднение руды обычно осуществляют в открытых складах, оборудованных раз­грузочными эстакадами и экскаваторами. Над складом расположена галерея с ленточ­ным конвейером, разгрузочная тележка которого сбрасывает руду по обе его стороны. Сформированный штабель состоит из нескольких слоев руды, отличающихся один от другого в той или иной степени химическим составом. Штабель перегружают экскава­тором с таким расчетом, чтобы ковш захватывал руду по возможности из всех слоев и состав се усреднялся.

Усреднение шихты прогрессивным способом послойных штабелей осуществляют в закрытых зданиях – шихтарниках с применением специальных шихтовочных машин – усреднителей. По сравнению с методом усреднения на сборном конвейере усреднение в шихтарнике обеспечивает более постоянный состав шихты и более точное и удобное его регулирование, однако этот способ обходится дороже. Усредненная на конвейере или в штабелях шихта подается для смешения в смесители.

Рисунок 64 – Схема прямоточного смесителя

Лопастные шнековые смесители (одновальные и двухвальные) предназначены для перемешивания мелко размолотых материалов. Двухвальные разделяют на противоточные и прямоточные конструкции, в которых материал движется соответственно в разные стороны или в одном направлении.

На рис.64 показана схема прямоточного смесителя. В коробе 1 в противоположные стороны вращаются два вала 9 с лопастями 8. Валы установлены на подшипниках 7, расположенных за коробом смесителя. Привод одного из валов осуществляется от редуктора 2, второго – через зубчатую передачу 4. Электродвигатель 3 соединен с редуктором через муфту. Материал загружают через воронку 5, разгрузка перемешанный шихты осуществляется через разгрузочное отверстие 10. В торце короба в местах выхода валов предусмотрены лабиринтные уплотнения 6 для устранения выхода пыли из короба. Лопасти на валах расположены таким образом, чтобы из лопатки образовали винтовую линию. Угол закрутки лопатки в плане составляет 20-35⁰ к вертикальной оси. Лопасти бывают цельнолитыми и разъемными. При литой конструкции лопасть оканчивается отверстием, куда ввернут один конец шпильки, проходящей через отверстие в вале. Другой ее конец на выходе из вала закреплен гайкой. В зависимости от состава шихты лопасти изготовляют из серого чугуна, высокохромистой стали, углеродистой стали с наплавкой из твердых сплавов на рабочей части лопатки. При сборной конструкции в отверстие вала вставляют резьбовой стержень кронштейна и закрепляют гайкой со стопорным устройством. К кронштейну болтами прикрепляют кованую сменную или штампованную лопасть. Валы смесителей могут быть круглого или квадратного сечения. Для длинных валов применяют трубы, соединенные сваркой с цапфами. Качество перемешивания шихты в лопастном барабане зависит от скорости перемешивания, регулируемой углом наклона лопаток. При необходимости тщательного перемешивания вместо прямоточной схемы используют противоточную. Для повышения стойкости борта и днище короба футеруют листовой сталью. Производительность двухлопастного смесителя длиной L = 5.0 м, при частоте вращения n_x = 40 об/мин, степени заполнения короба 0,5-0,6 определяется полуэмпирической зависимостью, т/ч:

,

где: D_л , d_в – диаметры лопастей и вала, м;

к – коэффициент возврата массы при перемешивании, к = 0,95;

ρ – насыпная масса, т/м³;

α – угол наклона лопаток, 20 ≤ α ≤ 35⁰.

Мощность привода смесителя пропорциональна его производительности. Для практических целей используют зависимость, кВт.

.

Литература: 1осн.[302-315]; 3 осн.[142-147]; 4 осн. [3-8]; 1 доп.[298-306].

Контрольные вопросы:

1. Типы сушильных агрегатов по конструктивным признакам.

2. Основные узлы и детали барабанного сушильного агрегата.

3. Угол наклона оси барабана к горизонту?

4. Как происходит вращение барабана?

5. Назначения и местонахождения упорного ролика?

6. Принцип работы лопастного смесителя.

Лекция №15.

Тема лекции: Барабанные смесители. Усреднительные шихтовочные машины.

Барабанный смеситель (рис. 65) относится к наиболее распространенным машинам в агломерационном производстве. Он состоит из цилиндрического барабана 14, два бандажа 2 и 12 которого установлены на роликах 7, напрессованных на оси, вращающиеся в подшипниках качения (реже скольжения) в буксах, закрепленных к раме смесителя. Как правило, угол установки роликов у вертикальной оси составляет 30⁰. Бандажи к цилиндру крепят жестко.

Рисунок 65 – Барабанный смеситель

Иногда под них закладывают кольцевые прокладки для создания равномерной нагрузки на цилиндрический барабан. В передней торец смесителя через загрузочную воронку 1 подается шихта. Перемешанная готовая шихта выдается через неподвижную разгрузочную камеру 10 с торцевой стенкой 9 в воронку 11. Для вращения барабана применяют унифицированную конструкцию, состоящую из двигателя 18, редуктора 17, передающего вала 16, открытой ведущей шестерни 6 и зубчатого венца 3. Барабан устанавливают с малым углом наклона к горизонту. Для осевой фиксации барабана с двух сторон бандажа 12 расположены упорные ролики 13, воспринимающие горизонтальные смещающие нагрузки.

Под влиянием вращения сила трения между стенками барабана и шихтой, увеличенная тангенциальной силой инерции, поднимает материал до тех пор, пока сила тяжести не превысит усилие, прижимающее шихту к барабану. После отрыва от стенок барабана материал по параболической кривой, определяемой законами механики, падает на слои, расположенные в нижней части барабана. Многократные подъемы и падения вызывают перемешивание материала. Для повышения качества перемешивания на внутренней поверхности барабана закрепляют специальные лотки или устанавливают лопастной перемешиватель 5, сидящий на опоре 8 с одной стороны и получающий крутящий момент от промежуточного вала редуктора через торсионный вал 15. Конструкция лопастного вала практически не отличается от подобного вала лопастного смесителя. Шнек должен вращаться в сторону, противоположную направлению вращения барабана.

Для увлажнения шихты через стенку 9 при помощи насадок 4 подается вода, разбрызгиваемая внутри барабана.

Бандажи и ролики барабанного смесителя изготавливают из сталей 25Л, 30Л, 35Л, 40Л и 45Л. В последнее время для бандажей применяют сталь 55Л, а для роликов – сталь 45 с обязательной поверхностной закалкой. Для бандажей требуется более углеродистая и более твердая сталь, для роликов более мягкая. Такой выбор объясняется стремлением увеличить срок службы бандажей, так как ролики ремонтируют и заменяют за сравнительно малый период времени. В зависимости от режима работы барабана ширину опорных роликов выбирают на 20-40 мм больше ширины бандажей. При износе бандажей допускается в определенных нормах сдвигать опорные буксы роликов на раме машины. После выверки положения барабана опорные буксы жестко закрепляют на раме. В качестве материала для барабана цилиндра используют углеродистую сталь Ст3 толщиной 10-20 мм, футерованную стальным листом. Быстроизнашивающиеся части шнека наваривают твердым сплавом.

Режим работы барабана, как и других подобных машин, может изменяться от каскадного к водопадному, характеризуемому отрывом материала от стенок цилиндра.

Эксплуатация смесителей показывает, что более эффективное перемешивание достигается при водопадном режиме: материал вначале поднимается по стенке барабана, а затем, оторвавшись от нее, падает на нижележащие слои на некотором расстоянии Δl от внутренней стенки (рис. 66, а). Это расстояние должно быть таким, чтобы при движении вдоль участка Δl материал мог хорошо перемешиваться. При увеличении скорости барабана участок Δl исчезает, и барабан переходит в так называемый циклический режим (рис. 57, б), при котором осуществляется только подъем материала и его падение, но не обеспечивается интенсивное перемешивание. Предельной границей, разделяющей циклический и водопадный режимы, является переходная скорость n₁ (по В.И. Коротичу):

,

где: ψ₀ – угол осыпания сегмента шихты со стенки барабана;

α – половина центрального угла сегмента;

R – радиус барабана, м.

Углы ψ₀ и α зависят от физико-механических и гранулометрических свойств шихты Центральный угол 2α определяется степенью заполнения барабана, которая для случая смешивания агломерационной шихты принимается не более 0,25.

Из зависимости степени заполнения находим, решая тригонометрическое уравнение методом подбора, угол α ≤ 66⁰.

а) водопадный режим; б) циклический режим; в) режим переката;

г) расчетная схема к выбору привода

Рисунок 66 – Схемы работы барабанного смесителя

Установлено, что при водопадном режиме для агломерационной тонкоизмельченной шихты угол отрыва материала ψ₀ превышает угол естественного откоса на 5-10⁰. Учитывая, что для агломерационной шихты угол естественного откоса составляет примерно 25-40°, величина ψ₀ = 30 ÷ 50° или в среднем ψ₀ = 40°. Таким образом, суммарный максимальный угол ψ₀ + а для водопадного режима не превышает 106°, откуда переходная скорость

.

При уменьшении частоты вращения барабана ниже минимальных значений, соответствующих водопадному режиму, барабан работает в режиме переката. При этом режиме материал не отрывается от нижележащих частиц на участке АОВ (рис. 57, в) он движется по круговым траекториям совместно с барабаном, затем медленно перекатывается по нижнему слою материала. Перекатному или каскадному режиму соответствует степень заполнения φ = 0,1÷0,15 и соответственно из уравнения заполнения угол α ≤ 54,5°. Величина угла отвала при перекатном режиме не превышает угла естественного откоса в пределах 25-40°, в среднем 33°. Отсюда переходная скорость п₂ между перекатным и водопадным режимами для агломерационной шихты равна

.

Таким образом, диапазон скоростей n_х барабанного смесителя составляет интервал

.

Производительность барабанного смесителя зависит от диаметра D и длины L барабана, плотности шихты ρ₁ степени заполнения барабана φ и времени t пребывания в нем шихты:

,

где время пребывания материала в барабане обычно составляет 1,5 мин, а степень заполнения не превышает 25% .

Рисунок 67 – Шихтовочная машина

Шихтовочная машина (рис. 67) представляет собой конструктив­ное сочетание разрыхляющего перемешивающего механизма и скребко­вого конвейера. Эти аппараты связаны между собой кинематически и расположены на массивном самоходном мосту, передвигающемся по рельсам. Основной рабочий орган – рыхлитель (борона) состоит из сварной рамы трапецеидальной формы (основание которой несколько превышает ширину подошвы штабеля) с закрепленными на ней многочисленными зубьями. Рыхлитель внизу опирается роликами 7 на на­правляющую, а вверху поддерживается стальными канатами. Совершая возвратно-поступательное движение поперек отсека, рыхлитель одновременно очень медленно движется вдоль отсека от специального меха­низма передвижения машины.

В результате этих двух движений зубья рыхлителя непрерывно срезают с поверхности штабеля тонкий слой шихты, который постепенно, передвигаясь между зубьями, спускается к подошве штабеля. Здесь скребки конвейера 6 подхватывают опустившийся материал и перемещают его на ленточный конвейер 14 для дальнейшей технологической переработке. Синхронное движение рыхлителя и конвейера осуществляется от общего приводного механизма (рис. 68). Кривошипный вал 5 вращается от электродвигателя через редуктор и зубчатую пару 1 в подшипниках 2. Вращение вала преобразуется посредством кривошипно-шатунного механизма 6 в возвратно-поступательное движение рыхлителя 8, шарнирно соединенного с шатуном. Опорные ролики 7 закреплены на раме рыхлителя и перекатываются по направляющей трубе 9. Движение скребков 4 обеспечивается приводной 3 и натяжной 10 звездочками. Для натяжения скребковой цепи предусмотрено винтовое натяжное устройство.

Рисунок 68 – Кинематическая схема приводного механизма рыхлителя и скребкового конвейера

Скребковая цепь конвейера состоит из ряда стальных штампованных скребков 10 (рис. 69, а), расположенных под небольшим углом к оси конвейера. Скребки имеют слабо изогнутую форму, выступ (зуб) на нижней кромке. Такая конструкция скребка позволяет лучше отгребать материал от штабеля и легче его перемещать по стальному лотку 4. Скребки прикреплены болтами к кронштейнам 9, закрепленным на специальных пластинах из листовой износостойкой стали 8. Каждая пластина соединена угольниками 7 со звеньями роликовой цепи 5. Таким образом, каждое звено скребковой цепи конвейера (шагом 630 мм) не­сет отдельную пластину и скребок. Нижняя (рабочая) ветвь цепи передвигается в направляющих, образованных угольниками 2 и 3, что обес­печивает правильное, центральное движение цепи и возможность нор­мальной работы одноцепной конструкции скребкового конвейера. В верхней (холостой) ветви пластины скользят по угольникам 6. Лоток 4 имеет Г-образную форму; кронштейнами 1 он закреплен на мосту ма­шины. Зубья 11 крепят на балках рыхлителя 13 при помощи хомутов 14 и подкладок 12, что обеспечивает сравнительно быструю и надежную за­мену зубьев, а также регулирование их длины. Зубья размещают в шах­матном порядке.

а) рабочая и холостая ветви конвейера; б) крепление зуба рыхлителя.

Рисунок 69 – Узлы шихтовочной машины

Угол наклона рыхлителя может изменяться в пределах 40-75° в зависимости от физических свойств шихты, ее угла естественного откоса. Наклон регулируется отдельным механизмом, состоящим из лебедки и полиспастов. Для предотвращения случайного самопроизвольного опускания рыхлителя предусмотрена предохранительная цепь, а во избежа­ние превышения допустимого подъема – концевой выключатель, кото­рый в предельном положении отключает электродвигатель лебедки.

Электроэнергия к машине подводится по гибкому бронированному кабелю, намотанному на барабан, вращающийся от механизма передвижения машины. Последний состоит из электродвигателя постоянного тока, планетарного редуктора с большим передаточным числом (около 1000) и нескольких цилиндрических и конических зубчатых передач. На быстроходном валу установлено электромагнитный тормоз и фрикци­онная муфта. Вращение механизма передается одновременно на все ходовые колеса машины Наличие четырех ведущих колес усложняет конструкцию механизма, увеличивает число деталей и трущихся поверхностей, но создает наибольшую силу сцепления, а следовательно, и наи­больший напор машины на штабель шихты.

Производительность машины зависит от физических свойств шихты (влажности, слеживаемости, липкости), величины площади поперечного сечения штабеля, скорости движения моста машины (ее внедрения в штабель) и скорости поперечного движения рыхлителя. В рассматриваемой машине производительность регулируется в широких пределах (от 8 до 160мм/ч) изменением скорости вращения электродвигателя (постоянного тока) механизма передвижения машины. Из-за чрезмерного налипания материала на зубья рыхлителя производительность может снижаться и расход энергии возрастает. При эксплуатации приходится периодически очищать зубья и выравнивать их длину.

Литература: 1осн. [326-337]; 2 осн. [93-96], 3 осн. [159-169].

Контрольные вопросы:

1. Основные узлы и детали барабанных смесителей.

2. Принцип работы барабанного смесителя.

3. Как определяется число оборотов барабана?

4. Принцип работы усреднительной шихтовочной машины.

5. Назначение и какие движения совершает?

6. Основные узлы и механизмы усреднительной шихтовочной машины.