CC BY
51
© Ю.А. Лагунова, 2002
УДК 622.7.002.5:531.3
Ю.А. Лагунова ОСОБЕННОСТИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ДРОБИЛОК «САМОДРОБЛЕНИЯ»
Актуальность проблемы повышения технического уровня дробильно-размольного оборудования (ДРО) возрастает в связи с изменением как горно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых (увеличение доли скальных пород, освоение месторождений в районах Сибири и Крайнего Севера), так и технологических условий (вовлечение в переработку «бедных» руд, разработка техногенных месторождений и др.).
Основной проблемой рудоподготовки является повышение степени раскрытия минералов. Применяемое технологическое оборудование, в котором реализуется принцип принудительной диспергации, не обеспечивает разделения минералов по поверхностям срастания, что снижает извлечение ценных компонентов. Кроме того, в данном случае резко возрастают энергоемкость разрушения материалов и износ рабочих поверхностей оборудования, так как не используются дефекты структур минералов (включения, трещиноватость, поверхности срастания минералов и пр.).
Наиболее перспективным направлением совершенствования конструкций ДРО является разработка оборудования, реализующего принцип «свободного» разрушения (самоизмельчения или «самодробления»), при котором достигается полное раскрытие минералов и разрушение материала происходит по ослабленным сечениям, имеющим дефекты структуры.
В настоящее время принцип «свободного» разрушения частично реализуется двумя способами:
• динамическим или ударным (ударноотражательные дробилки, вибрационные дробилки, роторные и молотковые дробилки, дробильно-измельчительные агрегаты типа МАЯ [1] и др.);
• статическим (конусные инерционные дробилки типа КИД и др.).
Идеальным примером реализации принципа «свободного» разрушения является электрогидравлический эффект (ударная волна в водной среде).
В работе рассмотрены особенности рабочих процессов при динамическом и статическом способах дисперга-ции горных пород с целью установления взаимосвязей параметров оборудования со свойствами разрушаемой породы и режимами разрушения.В результате исследований процесса разрушения горных пород свободным ударом, выполненных кафедрой горных машин и комплексов УГГГА, установлены основные факторы, определяющие показатели процесса:
• скорость соударения куска с отражательной плитой либо со слоем материала Vуд;
• угол между вектором скорости и контактной поверхностью (прямой или косой удар);
• упругопластические свойства дробимого материала;
• соотношение соударяющихся масс.
Расчетная величина скорости Vуд может быть определена по значению удельной (отнесенной к массе или объему куска) кинетической энергии отдельного куска ак, необходимой для его разрушения. Установлено [2], что удельная кинетическая энергия зависит от массы или объема куска. Согласно контактно-волновой природе ударного разрушения энергия удара расходуется на измельчение в контактной зоне и распространение волны напряжений по объему куска. Поэтому при разрушении крупных кусков не требуется большая скорость удара, так как основная часть энергии идет на пере-измельчение в контактной зоне, а микротрещины не успевают соединиться между собой во всем объеме куска ввиду малой длительности удара.
Рациональные значения удельной кинетической энергии составляют:
для крупного дробления (размер максимального куска питания - больше 300 мм) - ак = 0,2-0,6 кДж/кг; для среднего дробления - ак = 0,6-2,0 кДж/кг; для мелкого дробления - ак = 1,2-7,0 кДж/кг. Величины фактической энергоемкости рабочего процесса существенно превышают необходимые значения удельной кинетической энергии. Так, для молотковых дробилок среднего дробления энергоемкость процесса (или энергетический показатель [3]) составляет при дроблении доломита и гранита 1 и 2 кВтч/т или соответственно 3,6 и 7,2 кДж/кг.
Вид удара (прямой или косой) определяется конструкцией дробилки. Дробилки с вертикальной осью вращения (отражательные или центробежные) гарантировано обеспечивают прямой удар, так как отражательные плиты устанавливаются перпендикулярно радиусу-вектору точки схода куска с ротора (в полярной системе координат). Дробилки с горизонтальной осью вращения (роторные и молотковые) не обеспечивают прямого удара, так как траектория движения куска в камере дробления имеет вид параболы.
При ударе кинетическая энергия затрачивается в основном на деформацию тел, при этом остаток кинетической энергии AW идет на преодоление сопротивлений при последующем движении тел. Величина AW составляет в соответствии с теорией удара [4]:
AW = Wо/(1 + (тп/тк)) = Wо/(1 + и) , где Wо - кинетическая энергия куска до удара; тп -масса отражательной плиты (или слоя материала); тк - масса куска; и = тп / тк - соотношение соударяющихся масс.
Отсюда величина энергии деформации составит Wд = Wо - AW = Wо • и/(1 + и) , или относительная энергия деформации Wдо = Wд / Wо = и/(1 + и) .
Из этого выражения следует, что при увеличении соотношения соударяющихся масс значение относительной энергии деформации возрастает. Так, при и =
5 Мдо = 0,83; при и = 10 Wдо = 0,91 и при и = 30 Wдо = 0,97.
Следовательно, при ударе о массивную плиту относительная энергия деформации возрастает, однако при ударе о слой материала энергия деформации используется более рационально, так как волны упругих деформаций проходят как по слою материала, так и по отдельному куску.
Статический способ «свободного» разрушения (или дробление «в слое») не имеет широкого применения ввиду ряда технических трудностей его реализации. Как показали промышленные испытания дробилок типа КИД, работа дробилки в ряде режимов (например, при завале или чрезмерно большой производительности по питанию) оказывается настолько напряженной, что приводит к отказам предохранительных устройств.
Кроме того, данный способ характеризуется малой управляемостью процесса дробления (зависимость результата процесса от случайных факторов перемешивания и степени уплотненности слоя), нестабильностью характеристик силового воздействия на материал и необходимостью повышения цикличности нагружения для обеспечения качества продукта (соответствен-но увеличение энергоемкости процесса).
Таким образом, анализ рабочих процессов дробилок «самодробления» позволяет выявить качественные взаимосвязи показателей оборудования и свойств породы. На основе качественного описания рабочих процессов и использования эксплуатационных характеристик оборудования возможна разработка имитационных моделей рабочих процессов с целью оптимизации конструктивных и режимных параметров оборудования.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ягупов А.В., Хетагуров В.Н., Кузьминов А.П. О повышении эксплуатационной надежности вертикальной мельницы МАЯ // Дробильноразмольное оборудование и технология дезинтеграции: Межвед. сб. науч. тр. -Л.: Механобр, 1989.- С. 55-64.
2. Паладеева Н.И. Дробилки ударного действия // Изв.вузов. Горный журнал.- 1996. - № 10/11. - С. 138-145.
3. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации / Б.В. Клу-шанцев, А.И. Косарев, Ю.А. Муйземнек. -М.: Машиностроение, 1990.- 320 с.
4. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. - М.: Наука, 1977. - 223 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Лагунова Ю.А. — доцент, Уральская государственная горно-геологическая академия.
