Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор 11
1.1 Анализ разрушения горных пород в процессах рудоподготовки и дробильно – измельчительных агрегатах 11
1.2 Теории разрушения горных пород и современный подход к описанию процесса разрушения 16
1.3 Анализ дробильно-измельчительных агрегатов горного производства 21
1.4 Классификация конусных дробилок 24
1.5 Принципиальные схемы и особенности конструкции конусных инерционных (вибрационных) дробилок
1.5.1 Отличительные особенности конусных инерционных дробилок 29
1.5.2 Классификация конусных инерционных дробилок 30
1.5.3 Методы определения основных параметров конусных инерционных дробилок 32
1.5.4 Результаты промышленных испытаний конусных инерционных дробилок
1.6 Способы разрушения руды в современных дробильно-измельчительных агрегатах 35
1.7 Метод разрушения материала с поверхности 39
Цель и задачи исследования 40
Глава 2 Исследование процесса разрушения материала в Рабочей камере вибрационной конусной дробилки 41
2.1 Особенности объекта исследования 41
2.2 Структурная схема, динамика и режимы работы дробилки
2.2.1 Структурная схема и режимы работы дробилки 44
2.2.2 Анализ динамической схемы высокочастотной вибрационной конусной дробилки 47
2.3 Модель процесса разрушения материала в рабочей камере высокочастотной
вибрационной конусной дробилки 51
2.3.1 Особенности процесса разрушения при стадиальном подходе, модель процесса разрушения материала в рабочей камере 51
2.3.2 Особенности разрушения единичных кусков сжатием 55
2.3.3 Особенности разрушения материала «в слое» сжатием 58
2.4 Установление характера движения материала в рабочей камере дробилки 63
2.4.1 Основные положения и допущения 63
2.4.2 Особенности движения материала в зоне загрузки 66
2.4.3 Особенности движения материала в зоне дробления. 68
2.4.4 Кинематика движения внешнего и внутреннего конуса 69
2.4.5 Особенности перемещения материала в зоне дробления рабочей камеры вибрационной конусной дробилки 78
2.4.6 Особенности движения материала в зоне измельчения материала «в слое» 80
2.5 Определение производительности и объемной пропускной способности дробилки 83
Выводы по главе 87
Глава 3 Экспериментальные исследования 88
3.1 Цель и задачи проведения экспериментальных исследований 88
3.2 Техническое обеспечение экспериментальных исследований 89
3.3 Методика планирования и проведения экспериментальных исследований
3.3.1 Планирование экспериментальных исследований 93
3.3.2 Методика и проведение экспериментальных исследований 94
3.4 Результаты обработки экспериментальных данных 95
Выводы по главе 101
Глава 4 Оценка области применения вибрационных конусных дробилок 103
4.1 Области эффективного применения 103
4.2 Пути совершенствования вибрационных конусных дробилок . 108
Выводы по главе 108
Заключение 110
Список литературы 112
- Анализ дробильно-измельчительных агрегатов горного производства
- Структурная схема и режимы работы дробилки
- Методика планирования и проведения экспериментальных исследований
- Пути совершенствования вибрационных конусных дробилок
Введение к работе
Актуальность и степень разработанности. С каждым десятилетием объем перерабатываемой руды растет. В процесс вовлекаются все более бедные, тонко вкрапленные руды. На дезинтеграцию расходуется 50-60 % энергии от общего ее потребления при переработке руды. При этом повышение эффективности последующей технологии обогащения обеспечивается уменьшением тонкости помола и выделением более узких классов, что в свою очередь требует дополнительных затрат энергии.
Конусные дробилки считаются наиболее универсальными дробильно-измельчительными агрегатами. Из конусных дробилок наиболее перспективными, с точки зрения повышении степени измельчения и снижения расхода электроэнергии на процесс рудоподготовки, являются вибрационные конусные дробилки.
Значительный вклад в развитие теории процессов дробления и измельчения горных пород, а также в разработку новых прогрессивных аппаратов для дезинтеграции, в том числе вибрационных конусных дробилок и методик их расчетов внесли ученые: Андреев С.Е., Блех-ман И.И., Вайсберг Л.А., Девяткин Ю.А., Зарогатский А.П., Иванов Н.А., Картавый А.Н., Кацман Я.М., Лагунова Ю.А., Ревнивцев В.И, Рунд-квист К.А., Федотов П.К., Хопунов Э.А., Эвертсон Э. и др.
Несмотря на большой объем теоретических и экспериментальных исследований в области повышения эффективности работы вибрационных конусных дробилок преимущества этих машин на сегодняшний день не реализованы в полной мере, а их широкое применение пока не представляется возможным. Недостаточно изученными остаются некоторые важные особенности работы вибрационных конусных дробилок, в частности, влияние на степень измельчения и удельные энергозатраты частоты силового воздействия на материал, а также роль таких явлений как принудительное движение материала в рабочей камере и изменение процесса его разрушения с изменением кинематики движения рабочих органов дробилки.
В связи с этим, исследование процессов дробления и измельчения в вибрационных конусных дробилках и выявление направлений их совершенствования является актуальной и комплексной задачей.
Цель работы: обоснование параметров процесса разрушения материала в вибрационной конусной дробилке со свободно-поворотным внутренним конусом, обеспечивающих повышение степени измельчения и снижение удельных затрат электроэнергии на разрушение горных пород.
Идея работы: заключается в том, что повышение степени измельчения и снижение удельных затрат энергии на разрушение материала в вибрационной конусной дробилке достигается увеличением кратности разносторонних воздействий на материал при активном перемещении кусков в секторе разрушения с удалением мелких классов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
провести анализ способов дробления и измельчения материалов, и технических средств для их осуществления;
провести экспериментальные исследования процесса разрушения на прессе сжатием хрупких материалов как в виде единичных кусков, так и материала «в слое»;
разработать модель процесса разрушения материала в вибрационной конусной дробилке;
провести анализ влияния движения свободно-поворотного внутреннего конуса в вибрационной конусной дробилке на эффективность дробления хрупких материалов;
разработать математическую модель вибрационной конусной дробилки, учитывающую кинематику движения свободно-поворотного внутреннего конуса;
провести экспериментальные исследования процесса дезинтеграции горных пород с использованием образца вибрационной конусной дробилки со свободно-поворотным внутренним конусом;
оценить перспективность использования вибрационных конусных дробилок исследуемого класса в технологических процессах рудоподготовки.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовался комплексный подход, включающий научный анализ и обобщение ранее опубликованных результатов исследований; аналитические исследования процесса дробления; лабораторные экспериментальные исследования процесса разрушения образцов горных
пород сжатием; производственные экспериментальные исследования процесса дезинтеграции пород в вибрационной конусной дробилке.
Соответствие паспорту специальности. Работа посвящена исследованию процесса дробления и измельчения породы в конусной дробилке как элемента технологической схемы рудоподготовки на горных предприятиях и соответствует п. 1 и п. 3 области исследования паспорта специальности 05.05.06 – Горные машины: «Изучение закономерностей внешних и внутренних рабочих процессов в горных машинах, комплексах и агрегатах с учетом внешней среды» и «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы машин и оборудования и их элементов» соответственно.
Научная новизна работы:
-
В высокочастотной вибрационной конусной дробилке внутренний конус под многократным воздействием неуравновешенных парциальных сил, передаваемых от внешнего конуса через куски материла в секторе разрушения, устойчиво поворачивается в направлении, обратном вращению дебалансов, с угловой скоростью прямо пропорциональной частоте вращения дебалансов, степени деформации дробимого материала и коэффициенту относительного проскальзывания.
-
Повышение степени измельчения материала в высокочастотной вибрационной конусной дробилке со свободно-поворотным внутренним конусом обусловлено разрушением кусков материала с поверхности в процессе их перемещения и повышением кратности воздействия на дробимый материал.
Защищаемые научные положения:
1. В высокочастотной конусной дробилке с вибрационным приводом внешнего конуса в стационарном режиме работы при разрушении хрупких пород процесс обкатывания внешнего конуса, с опорой через дробимый материал на внутренний свободно-поворотный конус, приводит под действием неуравновешенных парциальных сил, передаваемых через куски находящихся в одновременном контакте с поверхностями конусов в секторе разрушения, к устойчивому повороту внутреннего конуса в направлении, обратном вращению дебалансов, с угловой скоростью прямо пропорциональной степени деформации дробимого материала, частоте
вращения дебалансов и коэффициенту относительного проскальзывания.
2. В высокочастотной вибрационной конусной дробилке со свободно-поворотным внутренним конусом в стационарном режиме работы при разрушении хрупких пород, куски породы в секторе разрушения одновременно контактирующие с поверхностями внешнего и внутреннего конуса (наряду с глобальным их разрушением в результате многократных воздействий) разрушаются послойно с поверхности перемещаясь по направлению вращения внутреннего конуса, что способствует более эффективному выведению мелких классов готового продукта из зоны дробления и повышению степени измельчения.
Практическая значимость работы:
по результатам экспериментальных исследований процесса дезинтеграции в высокочастотной вибрационной конусной дробилке со свободно-поворотным внутренним конусом диаметром 700 мм в стационарном режиме работы при дроблении известняка с коэффициентом крепости f=8 по шкале профессора М.М. Протодьяконова достигнута степень дробления i=30;
имеется рекомендация по внедрению результатов проведенных исследований после апробации в производственных условиях в ОАО «Александринская горно-рудная компания»;
по результатам проведенных исследований разработана и защищена патентом РФ № 2549777 конусная дробилка.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов, разработанных в диссертации, подтверждаются корректностью постановки задач исследований; достаточным и статистически обоснованным объемом данных, а также результатами экспериментальных исследований:
процесса разрушения сжатием реальных физических образцов хрупких горных пород в виде отдельных кусков и «в слое»;
испытаний экспериментального образца высокочастотной вибрационной конусной дробилке.
Апробация работы. Основные положения работы, результаты
теоретических и экспериментальных исследований докладывались и по
лучили положительную оценку на: международных научно-
6
практических конференциях «РИВС-2012», «РИВС-2014», г. Санкт-Петербург, 2012 г., 2014 г.; международной конференции «Горное дело республики Сербия», г. Серебряное озеро, Сербия, 2013 г.; научном симпозиуме «Неделя горняка - 2015» г. Москва, 2015 г. и др.
Личный вклад автора состоит в проведении анализа известных (опубликованных) результатов научно-исследовательских работ по теме диссертации; проведении анализа процесса дробления и измельчения материала в высокочастотной вибрационной конусной дробилке; проведении экспериментальных исследований в лаборатории на прессе при разрушении образцов горных пород, а также на образце дробилки; проведении обработки результатов экспериментальных исследований; формулировании научных положений.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 печатных работ в рецензируемых научных журналах и изданиях, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Получен патент на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, общим объемом 124 станицы печатного текста, содержит 9 таблиц и 52 рисунка, список литературы из 102 наименований на 10 страницах и 2 приложения.
Анализ дробильно-измельчительных агрегатов горного производства
Отметим, что представленные здесь эмпирические уравнения и зависимости, являются модификацией классических гипотез. Они, хотя и описывают основные закономерности разрушения, все-таки носят частный характер и не могут быть распространены на другие условия разрушения. В конкретных условиях возникает необходимость в проведении дополнительных исследований по установлению вида зависимости энергоемкости от размеров продуктов разрушения для широкого класса разновидностей горных пород и по распространению этих исследований на различные способы механического воздействия. Так, в результате экспериментальных сопоставлений рассмотренных законов, выявлена зависимость энергоемкости дробления от крупности дробленого материала. Исследования [28, 44] показывают, что для измельчения при образовании больших удельных поверхностей лучше других отражает действительность формула П. Риттингера, для крупного дробления – формула Ф. Кика, а закон Ф. Бонда применим при дроблении в промежуточном диапазоне крупности. Далее рассмотрим аппараты, используемые в горно-обогатительной отрасли.
Добыча и переработка руд черных и цветных металлов с каждым годом возрастают. В то же время качество перерабатываемых руд и процент содержание в них металлов непрерывно снижаются. В эксплуатацию вовлекаются все более бедные, тонко вкрапленные руды, ранее относимые к забалансовым запасам. Поэтому в отличие от прошлых лет, когда некоторые руды с высоким содержанием свинца, меди или цинка направлялись непосредственно на металлургическую плавку, руды цветных и редких металлов, добываемые в настоящее время, не пригодны для непосредственного получения из них металла, а переработка их без предварительного обогащения технологически и экономически невыгодна. Обогащению в XXI веке подвергают практически все руды цветных металлов, до 90 % добываемой железной руды, все коксующиеся и почти половину энергетических углей, всё фосфорное и калийное сырье для производства удобрений и значительную часть сырья для производства строительных материалов [75, 83]. Обогащение руд черных и цветных металлов осуществляется на обогатительных фабриках. Принципиальная структурно-технологическая схема обогатительной фабрике [28] по производству цветных металлов приведена на рисунке 1.3.
Одним из основных переделов горно-обогатительных комбинатов являются операции рудоподготовки (дезинтеграции).
Рудоподготовка по мнению авторов [31] - это комплекс технологических операций, обеспечивающий концентрирование рудной фракции из добываемой горной массы с целью селективного выделения товарной или кондиционной руды для глубокого обогащения. На практике требуемая крупность конечного продукта рудоподготовительных переделов для большинства руд полезных ископаемых составляет 0,045 – 0,071 мм. Данная крупность является определяющей для последующей технологии обогащения [28]. При современных технических возможностях и необходимости переработки очень больших объёмов материала
указанная конечная крупность измельчения обеспечивается преимущественно барабанными мельницами. Однако, в силу несовершенства рабочего процесса в них, коэффициент полезного действия агрегатов такого типа не превышает 5 % [38] и, как следствие, барабанные мельницы характеризуются большими удельными затратами энергии на дезинтеграцию руды.
Средние значения удельной энергоёмкости различных стадий дробления приведены в таблице 1.3 [38]. В таблице 1.4 приведены суммарные расходы энергии на измельчение 1 м3 железистых кварцитов от начальной крупности -25 мм до конечной крупности 98 % класса -0,074 мм на различных горнообогатительных комбинатах.
Михайловский Крепкая 47,6 Стойленский Крепкая 40,8 Ингулецкий Средняя 38,0 Северный Средняя 31,2 Центральный Средняя 28,0 Из сопоставления удельных энергоёмкостей операций дробления и измельчения с учетом степени дробления следует, что удельная энергоемкость измельчения превышает удельную энергоемкость дробление в 4,35 раза. К тому же в некоторых источниках [93] отмечено, что даже при максимальном значении удельной энергии разрушения при дезинтеграции горных пород диапазон энергопотребления составляет 0,27,0 кВтч/т, что на порядок меньше фактических затрат при обычном измельчении руды. Последняя цифра относится к так называемым труднообогатимым рудам и может рассматриваться как предельная.
Приведенные оценки позволяют понять, что с энергетической точки зрения процесс дробления в конусных дробилках более эффективен, чем измельчение в барабанных мельницах. В современных условиях, при высокой стоимости энергоносителей, существенно возросла стоимость процесса обогащения руд, в котором энергозатраты измельчительного передела достигают 80 % от всех энергозатрат процесса обогащения [28, 38].
Поэтому актуальны поиски более эффективных способов дезинтеграции горных пород на базе конусных дробилок. И в дальнейшем исследовании ограничимся рассмотрением процесса разрушения материала в конусных дробилках, как объекта исследования; а конусные дробилки как предмет исследования. Для этого рассмотрим и проанализируем конструктивные и технологические особенности современных конусных дробилок.
Конусными дробилками [39, 40] принято называть дезинтеграторы, дробление в которых осуществляется сжатием материала между конусами, расположенными один внутри другого [4]. Эти дробильные машины имеют рабочее пространство между двух усеченных конических поверхностей, что и послужило основанием для названия этих дробилок конусными. Рабочее пространство современных конусных дробилок образуется более сложными поверхностями, нередко криволинейной формы. Поэтому современные конусные дробилки называются так в силу традиций [21]. Конусные дробилки используют во всех стадиях дробления [53] при переработке самых разнообразных материалов как по крупности дробимого материала, так и по разнообразию их физико-механических свойств [26].
Современные конусные дробилки, как отмечено в источниках [4, 7], по сравнению с другими дезинтегрирующими аппаратами, занимают меньшие площади в цехах, проще в эксплуатации, имеют пониженный расход электроэнергии и высокий коэффициент использования. Во многом по этим причинам они нашли широкое распространение в промышленности.
Структурная схема и режимы работы дробилки
Как было отмечено в 1-ой главе, одним из перспективных направлений в создании энергосберегающих технологий дезинтеграции горных пород является дальнейшее исследование, совершенствование и развитие вибрационного способа разрушения горных пород, и на этой базе совершенствование вибрационных конусных дробилок.
Для обоснования параметров дробилки необходимо провести исследование процесса дробления и измельчения материала в вибрационной конусной дробилке исследуемого типа и найти пути снижения удельных затрат энергии на процесс дезинтеграции с одновременным повышением степени дробления.
Целью исследования является обоснование параметров процесса разрушения материала в высокочастотной вибрационной конусной дробилке, обеспечивающих повышение степени измельчения и снижение удельных затрат электроэнергии на разрушение горных пород.
Объектом исследования является процесс дробления и измельчения материала в вибрационной конусной дробилке, а предметом исследования является вибрационная конусная дробилка с дебалансными вибраторами на внешнем конусе.
На характер процесса дробления и на значения его параметров влияют: внешние условия, особенности предмета исследования и степень влияния на процесс оператора (экспериментатора).
Рассмотрим и проанализируем отмеченные факторы. Для этого представим исследуемый процесс разрушения в виде обобщенной модели (рисунок 2.1).
Обобщенная (структурная) модель объекта исследования Внешние факторы (поз. 2, рисунок 2.1) представлены параметрами, характеризующими свойства дробимого материала, которые можно разделить на две группы: - физико-механические свойства разрушаемого материала (поз. 2.1, рисунок 2.1): твердость, абразивность, хрупкость, текучесть, пластичность, вязкость, степень анизотропии, трещиноватость и т.п. То есть к ним относятся те внешние факторы, на значения которых мы не можем влиять; - факторы, которые можно контролировать и на значения которых можно ограниченно влиять (поз. 2.2, рисунок 2.1). Это, например, среднее значение прочностных свойств и геометрические параметры поступающего материала (линейные размеры кусков), распределение материала по крупности, влажность, температура, интенсивность и степень неравномерности загрузки (питания).
Значения параметров, характеризующих внешние факторы, переменны, и не все поддаются точному контролю, их изменение носит случайный характер. Это характеризует многофакторность процесса дезинтеграции, и в дальнейшем при его оценке необходимо использовать вероятностные методы: аппарат случайных величин, или метод спектрального анализа при непрерывном течении процесса, а также интегральные критерии оценки.
Внутренние факторы (поз. 3, рисунок 2.1) связаны с характеристиками предмета исследования. Это кинематические, динамические и конструктивные параметры дробилки: масса и момент инерции дебалансных вибраторов; жесткость демпферных пружин; геометрические и конструктивные параметры рабочей камеры и машины в целом. Данными параметрами наделяется дробилка в процессе проектирования. Эти факторы детерминированы, значения параметров, их характеризующих, могут варьироваться в процессе проектирования дробилки, а также могут быть известны изначально, либо их значения можно спрогнозировать, или задавать при моделировании процесса. Эффективность процесса измельчения зависит от значений регулируемых или управляемых параметров (поз. 4, рисунок 2.1). К ним следует отнести: частоту вращения дебалансов, размер разгрузочной щели, режим работы дробилки и технологической цепи в целом. Диапазон изменения регулируемых параметров наиболее существенно отражается на изменение показателей эффективности работы дробилки. Но способы регулирования и диапазон изменения значений, соответствующих оптимальному режиму работы, неизвестны, их нужно исследовать и выявлять. К показателям эффективности работы дробилки (поз. 5, рисунок 2.1) относят те, по которым оценивается процесс дробления в целом. К ним отнесены общепринятые показатели, используемые в области дезинтеграции горных пород: - производительность - Q; - степень дробления - i; - удельный расход электроэнергии – Eд.
Данными показателями будем оперировать при анализе процесса дробления и измельчения материла в исследуемой дробилке. Итак, процесс дробления и измельчения материала в камере высокочастотной вибрационной конусной дробилки, как объект исследования, по количеству входных факторов – многофакторный, по технологичности процесса – многостадийный, по изменчивости параметров, их характеризующих, случайный. Это обусловлено физической сущностью процесса разрушения материала и свойствами разрушаемых материалов, и конструктивными особенностями дробилки, как предмета исследования.
Поэтому, для сохранения всего многообразия процесса дробления твердого материала в дробилке и получения адекватных результатов с учётом влияния внешних и внутренних факторов на процесс дезинтеграции породы принимается комплексный экспериментально-теоретический метод исследования, включающий стендовые испытания дробилки с сохранением физической сущности объекта и предмета исследования, конструктивных, кинематических и динамических особенностей предмета исследования. Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие задачи: - проанализировать структурную и динамическую схемы, режимы работы дробилки исследуемого типа; - проанализировать особенности процесса разрушения материала в рабочей камере вибрационной конусной дробилки и разработать его модель; - выявить особенности процесса разрушения материала в рабочей камере; - оценить производительность и объемную пропускную способность исследуемой дробилки.
Методика планирования и проведения экспериментальных исследований
Учитывая принятые допущения и то, что поверхности конусов взаимодействуют с дробимым материалом в виде кусков разной формы, в том числе лещадной, с измельчаемым материалам «в слое» в нижней части камеры, то будет иметь место торможение с проскальзыванием разрушаемого материала относительно поверхности внутреннего конуса. Поэтому в полученное выражение (2.26) целесообразно ввести коэффициент относительного проскальзывания - кп. Тогда угловая скорость вращения внутреннего конуса будет определяться по выражению:
На основании вышесказанного, исследуемую дробилку будем называть вибрационной конусной дробилкой со свободно-поворотным внутренним конусом, поворачивающимся (вращающимся) в результате воздействия парциальных сил, генерируемых дебалансными вибраторами и передаваемых через разрушаемые куски.
Тогда можно сделать вывод, что в высокочастотной конусной дробилке с вибрационным приводом внешнего конуса в стационарном режиме работы при разрушении хрупких пород процесс обкатывания внешнего конуса с опорой через дробимый материал на внутренний свободно-поворотный конус приводит под действием неуравновешенных парциальных сил, передаваемых через куски, находящихся в одновременном контакте с поверхностями конусов в секторе разрушения, к устойчивому повороту внутреннего конуса в направлении, обратном вращению дебалансов с угловой скоростью прямо пропорциональной степени деформации дробимого материала, частоте вращения дебалансов и коэффициенту относительного проскальзывания.
Однако с учетом всех принятых допущений эти выводы необходимо подтвердить результатами экспериментальных исследований процесса дробления в высокочастотной вибрационной конусной дробилке со свободно-поворотным внутренним конусом.
Куски породы в секторе ц зоны дробления под действием обкатывания внешнего конуса по внутреннему разрушаются: - раздавливанием, при превышении сил, генерируемых дебалансными вибраторами, сил сопротивления обусловленных прочностными свойствами разрушаемого материала; - послойно с поверхности микросколами в результате многократных воздействий в условиях вынужденного проворачивания внутреннего конуса, обусловленного трением и перемещением дробимого материала в направлении вращения внутреннего конуса со скоростью принудительного перемещения материала ц.к. i (рисунок 2.22).
Окружная скорость движения точки поверхности разрушаемых кусков в точке взаимодействия с поверхностью внутреннего конуса, при условии движения без проскальзывания, равна окружной скорости движения точки поверхности внутреннего конуса d.i. То есть скорость движения разрушаемых кусков будет прямо пропорциональна коэффициенту относительного проскальзывания, частоте вращения дебалансных вибраторов, степени деформации материала, разнице диаметров внешнего и внутреннего конусов, разнице диаметров внутреннего конуса и диаметра разрушаемого куска, отнесенной к диаметру внутреннего конуса.
Рисунок 2.22 – Горизонтальное сечение рабочей камеры В результате множественности взаимодействий поверхностей внешнего и внутреннего конусов через хрупкий дробимый материал, несмотря на то, что куски при дроблении реальных горных пород могут быть разные как по форме (кубовидные, округленные, игольчатые, лещадные и т.п), так и по геометрическим размерам (в отличие от принятых допущений), дробимые крупные куски материала будут устойчиво перемещаться (с вращением) в рабочей камере по направлению вращения внутреннего конуса. Это будет способствовать принудительному перемещению всего материала в камере и выведению более мелких классов по межкусковому пространству из зоны дробления.
Но с интегральной точки зрения, рассматривая процесс разрушения материала в рабочей камере, внутренний конус будет всегда вращаться вокруг своей оси. К тому же, вращаясь устойчиво, и тем самым вовлекая разрушаемый материал во вращательные движения (циркуляцию) и разрушая материал с поверхности, мелкие (готовые) классы принудительно выводятся из зоны дробления в ниже расположенные сечения, что должно способствовать как повышению степени дробления материала, так и снижению удельных затрат электроэнергии. Тогда можно сделать вывод, что высокочастотной вибрационной конусной дробилке со свободно-поворотным внутренним конусом в стационарном режиме работы при разрушении хрупких пород куски породы в секторе разрушения, одновременно контактирующие с поверхностями внешнего и внутреннего конуса, разрушаются в процессе перемещения послойно с поверхности, перемещаются по направлению вращения внутреннего конуса, что способствует более эффективному выведению мелких классов готового продукта из зоны дробления в зону измельчения.
Пути совершенствования вибрационных конусных дробилок
Развитие технологии процессов рудоподготовки является важнейшей задачей современных исследователей и научных институтов. В последние годы в мировой практике наиболее перспективным считаются следующие направления развития процессов рудоподготовки:
1. Перенос центра тяжести рудоподготовки на операцию дробления с тем, чтобы направлять на измельчение возможно более мелко дробленый продукт [1].
2. Использование измельчающих валков высокого давления (ИВВД) [30, 98] совместно с вертикальными мельницами типа «Vertimill». По мнению авторов [10, 11] технология ИВВД + Vertimill уже к 2020 г. станет доминирующей в технологии рудоподготовки.
Во всех случаях способы подготовки руды должны быть экономичными и менее энергоемкими, так как затраты средств только на дробление и измельчение руды составляют 60 % общих капитальных вложений и до 50 % эксплуатационных расходов обогатительных фабрик. По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что возможным путем развития технологии рудоподготовки является использование высокочастотных вибрационных конусных дробилок со свободно-поворотным внутренним конусом. Основными отличительными особенностями высокочастотной вибрационной конусной дробилки исследуемого типа являются: - повышенная частота контактов дробящих конусов с разрушаемым материалом; - повышенная степень дробления продукта при сохранении требуемой для процесса интенсивности; - продукт дробления в исследуемой дробилкой аналогичен по размеру продукту дробления барабанной мельнице;
Поэтому становится возможным использование высокочастотных вибрационных конусных дробилок со свободно-поворотным внутренним конусом в промышленности, к примеру, в рудоподготовительных операциях горнообогатительных комбинатов с целью снижения удельных энергозатрат на процесс дезинтеграции в целом.
Применение вибрационных конусных дробилок рассматриваемого типа возможно позволит упростить технологическую схему рудоподготовительного передела обогатительной фабрики. На рисунке 4.1 представлена традиционная технологическая схема дезинтеграции горных пород [75, 76], показатели удельных затрат электроэнергии (без учета степени дробления) приняты по источнику [38]. На рисунке 4.2 [34] приводится модернизированная технологическая схема. На данной схеме дробилка мелкого дробления и стержневая мельница (мельница первой стадии измельчения) могут быть заменены на исследуемую высокочастотную вибрационную конусную дробилку. Удельные затраты электроэнергии для исследуемой дробилки (без учета степени дробления) приняты в размере 3,1 кВт/час на тонну готового продута что следует из результатов экспериментальных исследований (см. главу 3).
Такое изменение технологической схемы рудоподготовительного передела обогатительной фабрики может привести к снижению эксплуатационных затрат (по предварительным оценкам на 30%) на электроэнергию, при сохранении заданной для процесса степени измельчения. Необходимо отметить, что установка высокочастотной вибрационной конусной дробилки исследуемого типа в цехе обогатительной фабрики, в отличие от барабанных мельниц, не требует массивных фундаментов.
На рисунке 4.4 представлена модернизированная схема цепи аппаратов отделения измельчения, согласно которой предлагается мельницу 1 стадии измельчения МШЦ-3,6х4,5 (с установочной мощностью электродвигателя 1250 кВт) заменить на дробилку исследуемого типа ВКДС 1200 (с диаметром внутреннего конуса 1200 мм и установочной мощностью электродвигателя 400 кВт). Производительность и гранулометрический состав продукта дробления исследуемой дробилки аналогичен заменяемой мельницы. Расчет экономической эффективности показал, что модернизация отделения измельчения выгодна, т.к. позволит получить дополнительно чистую прибыль в размере 35,3 млн. руб. в год. Капитальные затраты на покупку и установку дробилки в сумме 50,6 млн. руб. окупятся в течение 1,3 года. Разработанное предложение получило положительную оценку специалистов комбината и признано перспективным в условиях постоянно увеличивающихся тарифов на электроэнергию, а также рекомендуется к возможному внедрению на их предприятии, после проведения промышленных экспериментальных исследований по дроблению используемого на их предприятии материала (Приложение Б).
Наряду с возможным применением дробилки исследуемого типа на обогатительных комбинатах также перспективным направлением является возможное применение на цементных заводах (производство клинкера) [29]. На рисунке 4.5 приведена схема модернизации участка помола клинкера. В технологическую цепь помола клинкера перед барабанными цементными мельницами устанавливается дробилка исследуемого типа.
Схема модернизации участка помола клинкера Поступающий клинкер измельчается в вибрационной конусной дробилке. И далее продукт измельчения попадает на вибропитатель - сепаратор с перфорированным дном. Легкие частицы подхватываются всасывающим потоком, создаваемым дымососом разгрузчика, а тяжелые падают на дно вибропитателя, и подаются вибропитателем на ленточный конвейер, затем в питатели цементных мельниц. Легкие частицы, подхваченные всасывающим потоком, попадают в циклон, где под действием силы тяжести осаждаются внизу в приемной камере шнекового питателя. Шнековый питатель разгрузчика разгружает продукт (частицы клинкера мельче 0,1мм) в транспортную систему цемента.
В результате от помольного агрегата в транспортную систему цемента дополнительно будет поступать готовый продукт (частицы мельче 0,1 мм), а в барабанные цементные мельницы будет поступать частицы клинкера крупнее 0,1 мм. При этом ожидается снижение на 50 % энергоемкости процесса измельчения материала, а, следовательно, снизится и себестоимость продукта дробления.
На основе анализа процесса разрушения материала в вибрационной конусной дробилки и результатов экспериментальных исследований были сформулированы следующие направления их развития: - продолжение исследования влияния принудительного перемещения дробимого материала в рабочей камере на эффективность процесса разрушения различных материалов в вибрационной конусной дробилке; - проведение промышленных испытаний экспериментального образца дробилки (ВКДС-700) с установкой ее в технологическую цепочку рудоподготовительного передела горно-обогатительного комбината и определение ее эксплуатационных и технологических показателей (определение сроков службы броней внешнего и внутреннего конуса, производительности и др.);