CC BY
64
УДК 622.73
Ю.А. Лагунова
ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ПРИ ДРОБЛЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД КОНУСНЫМИ ДРОБИЛКАМИ
Наиболее дорогостоящей в процессе переработки рудного сырья является рудоподготовка, привлекающая в последнее время особое внимание исследователей. Операции дробления и измельчения характеризуются высокой энергоемкостью дробления и большим расходом легированных сталей, значительными капитальными затратами и эксплуатационными расходами.
В статье рассмотрены основные факторы, определяющие энергоемкость дробления горных пород на различных стадиях рудоподготовки (крупное, среднее и мелкое дробление), с целью обоснования рациональных схем рудоподготовки, обеспечивающих снижение уровня энергопотребления. Уровень энергопотребления определяется по величинам удельной мощности (отношению установленной мощности привода к производительности дробилки) и относительной мощности Ы0 (мощности, отнесенной к производительности и степени дробления). Степень дробления определяется по соотношению размеров приемного отверстия и разгрузочной щели. В табл. 1, 2, 3 приведены технические характеристики дробилок типов ККД, КСД и КМД отечественного и зарубежного производства.
На основе анализа технических показателей дробилок установлено, что значения удельных мощностей увеличиваются с уменьшением крупности дробимого материала. Так, для дробилок ККД диапазон изменения удельной мощности (при степени дробления ¡=8-14,7) Ыуд=0,17. . .0,37 кВтч/м3; относительной мощности N0 = 0,018. . .0,046 кВт-ч/м3. Меньшие значения мощностей (для дробилок зарубежных фирм) соответствуют породам пониженной крепости. Для дробилок КСД диапазон изменения удельной мощности (при степени дробления ¡=5,4-19,0) Ыуд = 0,27. . .0,70- кВт ч/м\ относительной мощности N0 = 0,036. . .0,066 кВт-ч/м3. Для дробилок КМД диапазон изменения удельной мощности (при степени дробления ¡=5,7-17,0) Ыуд = 0,96. . .1,08 кВтч/м3; относительной мощности N0 = 0,087.. .0,15 кВт ч/м3.
Таким образом, выполненный анализ технических параметров конусных дробилок показывает, что формирование энергозатрат при дроблении материала характеризуется следующими факторами: крупностью исходного материала, степенью дробления, прочностью породы. Эти факторы определяют "энергетическую" характеристику свойства дробимости горных пород - закономерность формирования энергозатрат на изменение гранулометрического состава питания до заданной гранулометрии продукта в связи с уровнем деформации разрушения кусков.
В результате проведенных экспериментальных исследований выполнена количественная оценка соотношения между различными уровнями относительной деформации разрушения кусков горных пород и величиной энергозатрат - энергетической характеристики свойства дробимости горной породы. В частности, для руд Дегтярского месторождения энергетическая характеристика имеет вид
а = 0,17+95,34 • е2-1,453 • £3- с1, (1)
где е - относительная деформация. с1 - толщина куска.
Исходя из анализа процесса дробления в конусных дробилках и результатов экспериментальных исследований свойства дробимости горных пород . (оценка гранулометрической и энергетической характеристик), разработана теоретическая модель рабочего процесса дробления способом "кусок о броню".
Исходными данными для получения модели являются физико-механические свойства горной породы, гранулометрический состав питания и геометрические характеристики отдельных
кусков, гранулометрическая характеристика свойства дробимости и параметры камеры дробления дробилки типа КМД.
В геометрической характеристике кусков, соответствующей результатам массовых ситовых анализов, крупность частиц означает их толщину, а содержание фракций частиц показывает отношение их массы к общей массе. При дроблении разрушение кусков и осколков всегда идет в направлении их минимального измерения - толщины. Энергозатраты на дробление также связаны с толщиной разрушаемых кусков или осколков, а суммарные энергозатраты связаны с числом разрушенных кусков и осколков или процентным содержанием фракций. Поэтому для решения энергетических задач нужна трансформация геометрической характеристики кусков применительно к дроблению в конусных дробилках. Геометрические характеристики применительно к грохочению и к дроблению кусков горных пород накапливаются экспериментом. Есть вычислительные методы перевода данных характеристик, но представляется целесообразным прямое получение каждой из них при эксперименте. Для получения геометрической характеристики при дроблении достаточно провести ситовой анализ на щелевых ситах, который даст представление о толщине частиц.
Гранулометрическая характеристика свойства дробимости кусков горных пород представляет собой четко проявляющуюся статистическую зависимость между абсолютной величиной разрушающей деформации сжатия одноразмерных кусков и распределением абсолютной крупности частиц (по толщине) в продуктах разрушения этих кусков. Знание гранулометрической характеристики свойства дробимости кусков горных пород позволяет перейти к установлению энергозатрат при дроблении в заданной камере дробления.
Гранулометрический состав питания дробилки записывается в матричной форме
F = c(ft), c(f2),..., c(fn), с(г), (2)
где F - матрица распределения крупности кусков в питании дробилки; с (fi), с (f2), с (fn) -содержание фракций fj, f2, f„; с (г) - содержание в питании готового продукта.
Задача определения энергоемкости процесса дробления в камере дробления конусной дробилки может быть решена методом последовательного суммирования энергозатрат на разрушение кусков породы и их осколков при деформациях, определяемых параметрами камеры дробления. Ввиду многошаговости процесса дробления в конусных дробилках типа КМД при анализе энергозатрат учитываются параметры, характеризующие порядок шагов. На первом шаге дробления исходные куски питания крупностью d+вг (В2 - ширина закрытой щели камеры дробления на границе между первым и вторым шагами кусков по камере) разрушаются в зоне дробления на осколки, размеры которых определяются в соответствии с гранулометрической характеристикой свойства дробимости. Исходные куски крупностью d-в» дробятся в зоне калибровки и сразу полностью переходят в готовый продукт (при двухшаговом процессе дробления).
При этих условиях энергозатраты на дробление куска крупностью d.B2 составят:
А(<Ы = 0,5[е„Р,Дв2 + (е. - е„)(Рм' + ?Яв2) (3)
В связи с необходимостью затрат энергии на додрабливание осколкоб крупностью У.,р (sp - ширина калибровочной щели на рабочем ходу дробилки) полный расход энергии на дробление куска крупностью d+вг выразится суммой (подразумевается, что для каждой крупности осколков значения относительной деформации е, могут быть как одинаковыми, так и различными):
IA(d.B2) = 0,5[eHPKcLB2 +(е, - 6^Ph'+Wb2]+0,5N^РнУ^е, - 6„)(РН'+Р1)У,]+
+0,5N2[6HPHy2+(e, - еи)(Ри' + Р1)У2]+...+0,5Ы.ч,[е„РиУ.,р+(б1 - ен)(Рн' +Р,)У^], (4)
где Nj - число частиц во фракции; Yj, Y2, Yr, Y+ip - размеры осколков.
159
Технические характеристики конусных лробплок крупного лробления
Параметры АО Уралмаш Nordberg 42-86HD Allis Chalm 1524x2260 Krupp
ккд 1200/150 ккд 1500/1S0 KB 1050-1900 KB 1370-2100
Ширина приемной щели, мм 1200 1500 1524 1600 2200
Ширина разгрузочной щели в фазе сближения броней, мм 150 180 165 165 150 150
Производительность при номинальной ширине разгрузочной щели на материале с временным сопротивлением сжатию 100-150 МПа и влагосо-ясржанисм до 4%. м3/ч 850 • 1900 1406*' 2670" 1120 1275
Мощность главного привода, кВт 315 400* 400 630* 450 447 400 450
Масса дробилки, т 240 255* 405 422* 450 447 440 450
Удельная мощность. кВт*ч/м5 0,37 0.21 0,32 0.17 0,36 0.35
Относительная мощность. кВт'ч/м3 0,046 0.025 0,018 0,034 0,024
* Для дробилок с двухдвигательным приводом; ** Производительность в т.'ч при насыпной плотности 1,6 т/м3.
Таблица 2
Технические характеристики конусных дробилок среднего лробления
Параметры АО Уралмаш Allis Chalmcrs Krupp
кед 2200 ГрВД кед 3000 Т-Д 610x1524 762x1778 КСС 4516G КСС 5018G
Диаметр основания лробяшего конуса, мм 2200 3000 1524 1778 1650 1800
Ширина приемной щели, мм 350 475 610 762 450 500
Ширина разгрузочной щели в фазе сближения броней, мм 30-60 25-50 64-114 64-140 30-40 30-40
Привод при ном. ширине разгрузочной щели на материале с временным сопротивлением сжатию 100-150 МПа и влагосодер-жанием до 2%, м3/ч 360-610 425-850 480--730 700-*1500 390-М20 460-*485
Мощность главного привода. кВт 250 400 223 298 270 330
Масса дробилки, т 87 230
Удельная мощность, кВт*ч/м (среднее значение) 0,52 0.63 0,37 0,27 0,67 0,70
Относительная мощность, кВт*ч/м3 0,066 0,049 0,054 0,036 0,052 0,049
* Производительность в т/ч при насыпной плотности 1,6 т/м3.
Технические характеристики конусных дробилок мелкого дробления
Параметры АО У ралмаш Norberg Ультракон (Япония)
КМД 2200 Гр-Д кед 3000 Т2-ДП 7ft 10ft KF 1716G KF 1818G
Диаметр основания дробящего конуса, мм 220D 3000 2134 3048 1650 1800
Ширина приемной щели, мм 140 85 140 152 170 180
Ширина разгрузочной щели в фазе сближения броней, мм 10-20 8-15 10-16 13-16 10-20 13-20
Производительность при номинальной ширине разгрузочной щели на материале с временным сопротивлением сжатию 100-150 МПа и вла-госодсржанием до 2%. м3/ч 220-260 320-420 218-241 482-520 250-* 300 ЗЗО-'ЗбО
Мощность главного привода. кВт 2 5С 400 270 330
Масса дробилки, т 90 227
Удельная мощность, кВтч/м3 1,04 1,08 0,98 0,96
Относительная мощность, кВтч/м3 0,11 0,15 0,087 0,088
• Производительность в т/ч при насыпной плотности 1,6 т/м3.
В конечном счете энергозатраты на дробление выборки (6) составят:
А. = VM p [m,(d,)- ct(di) + m^id-i«)- a(d*B2) + m.B2(d.B2) • oKd.B2> +...+ nw(<U • a(dn)J, (5)
где VM - объем перерабатываемого материала; p - плотность горной породы.
Для случая дробления в дробилках типа КМД размеры фракций составят: f|=-B+90 (средний размер d 1=100 мм); f2= -90+60 (средний размер d2=75 мм); f3=-60+40 (средний размер d3=50 мм); -40+Sp (средний размер сЦ=25 мм).
Необходимая для этого мощность привода дробилки составит:
N = A.QM 1 . . (6)
Расчетная (по данной методике) мощность привода конусной дробилки типа КМД-2200Гр для условий Бажсновского месторождения при проектных параметрах камеры дробления, определяемых в соответствии с гранулометрической характеристикой свойства дробимости, и при грансоставе питания, соответствующем техническим условиям, составила 162 кВт при среднем значении потребляемой мощности 214 кВт. Снижение энергозатрат достигается за счет исключения прессования кусков и их осколков.
Таким образом, выбор оптимальных параметров камеры дробления с учетом энергетической характеристики свойства дробимости, а также рациональная организация питания дробилки позволяют существенно (на 25-30 %) снизить энергозатраты и соответственно установленную мощность привода дробилки.
