CC BY
225УДК 621.926.22
А.С. ЧИРКОВ, д-р техн. наук,
Московский государственный горный университет (МГГУ)
Расчет выхода продуктов дробления при эксплуатации щековых и роторных дробилок
Под дроблением понимается процесс уменьшения размеров кусков (зерен) горных пород путем разрушения их действием внешних сил, преодолевающих внутренние силы сцепления, связывающие между собой частицы твердого вещества. Это же понятие относится и к измельчению горных пород, поскольку условно считается, что при дроблении получают продукты крупнее 5 мм, а при измельчении — мельче 5 мм.
Дробление и измельчение на обогатительных фабриках являются подготовительными операциями перед обогащением, а на дробильно-сортировочных фабриках (заводах) при производстве щебня из строительных горных пород это основная операция.
Существующая методика расчета технологических схем дробильно-сортировочных фабрик (ДСФ) [1] основана на выполнении условий материального баланса каждой операции производства дробленого продукта с учетом суммарной эффективности всех технологических операций. В методике не используются граничные крупности разделения для операций грохочения с дополнительным определением коэффициента, учитывающего характеристику крупности продукта, который поступает на грохочение, и фракционную эффективность последней операции. Данная методика исключает возможность определения количественного выхода продуктов дробления по крупности после операций дробления в щековых и роторных дробилках.
В предлагаемой методике расчета выхода продуктов дробления при эксплуатации щековых и роторных дробилок исходными данными являются гранулометрический состав исходного материала, поступающего из карьера на фабрику, и типовые характеристики продуктов дробления по группам пород для различных типоразмеров дробилок, определяемые экспериментально или по результатам технологических исследований сырья [2].
Рассмотрим расчет технологической схемы ДСФ, графическая интерпретация которой представлена на рис. 1. Согласно этой схеме на первой стадии дробления установлена щековая дробилка со сложным движением щеки ШДС, на второй стадии — роторная дробилка среднего дробления ДРС, работающая в замкнутом цикле.
Исходная горная порода (известняк), поступающая из карьера на фабрику (данные по Восточно-Пятовскому карьеру, Калужская обл.), имеет гранулометрический состав, приведенный в табл. 1.
В соответствии с технологической схемой исходный материал бисх, поступающий из карьера, представляется как совокупность шести отдельных потоков, объемы которых по классам крупности равны:
QГY1 • Qисх=0,l49 Qисх; Q4=Y4 • Qисх=0,l49 QИсх;
Q2=Y2 • Qисх=0,149 Qисх; Q5=Y5 • Qисх=0,149 Qисх;
Qз=Yз • Qисх=0,149 Qисх; Q6=Y6 • Qисх=0,149 Qисх,
где у — содержание фракций в исходной горной породе (табл. 1), доли единицы.
При разработке месторождений неоднородных карбонатных пород фракции 0—40 мм отделяются перед первичным дроблением как отходы.
На первую стадию дробления поступает материал + 100 мм (до 500), на вторую +40 мм; готовой продукцией является щебень трех классов крупности: 5—10 мм; 10—20 мм; 20—40 мм и отходы дробления 0—5 мм.
Оисх
----- *
0-5 5-10 10-20 20-40 40-100 100-500 мм
Рис. 1. Графическая интерпретация расчета технологической схемы дробильно-сортировочной фабрики: 1, 2, 3 - стадии грохочения
Таблица 1
Распределение потоков материала по крупности
Размер фракции, мм 0-5 5-10 10-20 20-40 40-100 100 и более (до 500)
Содержание фракции, % 14,9 6,3 7,2 10,1 20,1 41,4
Обозначение потока Qi q2 Q3 Q4 Q5 Q6
научно-технический и производственный журнал
сентябрь 2012
55
100
>
ч
о
5 10 20
40 70
Размер отверстий сит, мм
100 150
Рис. 2. Гранулометрический состав продукта дробления роторной дробилки СМ-624С
Надрешетный материал крупностью +100 мм с неподвижного колосникового грохота (операция грохочения 1 на рис. 1) поступает в щековую дробилку первой стадии дробления.
Результат первичного дробления можно представить как сумму потоков дробленого материала 67—6п, численное значение каждого из которых определяется величиной потока б6 и соответствующей типовой характеристикой крупности продуктов дробления в щековых дробилках со сложным качанием щеки, для которых коэффициент закрупнения К3=1,25 [2, 4].
Приняв размер выпускной щели дробилки на первой стадии дробления Ьщ=100 мм, определим численные значения потоков 67— б11, которые равны: — фракция 0—5 мм:
Qi=Qb~# = °>4140и
ЬщКЪ
— фракция 5—10 мм: 08=О,4140в
5-0 100 1,25
= 0,017 0и
10-5 100 1,25
= О,О170И(
фракция 10—20 мм:
09 =0,4140исх -7^-^ = 0,0330^;
100-1,25
фракция 20—40 мм:
40-20 „
Яа ,„„ , =0,0660,
0ю = О,4140и
-ю —л 100.1)25 — фракция 40—100 мм:
0П = О,4140исх -(07 + 08 + 09 + 0ю) = = О,4140исх - (0,017 + 0,017 + 0,033 + О,О66)0ИСХ = О,2810исх,
где d — размер фракций, получаемых после операции первичного дробления в щековой дробилке; Ьщ — размер выпускной щели щековой дробилки, мм; Кз — ко-
эффициент закрупнения, равный для щековой дробилки с простым и сложным качанием щеки соответственно 1,6 и 1,25.
После первичного дробления и операции грохочения 2 надрешетный продукт +40 мм поступает в роторную дробилку среднего дробления, создавая поток материала Q12 плюс циркуляционная нагрузка Q17.
Исследованиями д-ра техн. наук Р.А. Родина [3] установлен гранулометрический состав продукта дробления роторной дробилки СМ-624С (рис. 2). Если проведем прямую, касательную к кривой на рис. 2, то эта прямая отсекает на оси ординат отрезок b=1 (или 100%), а на оси абсцисс — отрезок а=60.
Уравнение прямой в отрезках выражается как
х у XV X
—у — = 1 или ——у— = 1, откуда у = 1——.
ab 60 1 ' у * 60
Если на оси абсцисс примем значение х1=5 мм, то
1 5 ™ 1 20
у = 1-—; если х2=20 мм, то у2 = 1-—.
Для определения содержания фракции 5—20 мм необходимо найти разность (у1— у2), которая равна:
4 , , , 5 , 20 20-5
Ду = (у, -V,) = 1----1 + ^ = ^-.
* 1 2 60 60 60
Следовательно, выход фракции 5—20 мм после дробления породы в роторной дробилке можно определить как:
2°-5 m« Г5-20 =-60" = 0'25. ^
Согласно рис. 2 и уравнению прямой у = 1—rz- опре-
, „ 60 делим относительное содержание фракций потоков материала Q13-Q16:
7"=ж=0'083; Yi4=^=0)083;
Yi5=^°=0,17; у16=^ = 0,33.
60
60
На роторную дробилку среднего дробления, работающую в замкнутом цикле, поступает поток материала:
б12+ б17 = б5+ б11+б17 = 0,201 бисх+0,281 бИсх+ 617 =
= 0,482 бисх+б17. После второй стадии дробления имеем:
б12+б17 = б13+б14+б15+б16+б17;
0,482 бисх+б17 = У1з(0,482бисх+б17) + 714(0,4820,0*+017) + + У15(0,482бисх+б17) + У1б(0,482бисх+б17) + 617;
0,482 бисх=0,083(0,482бисх+б17 ) + 0,083(0,482 0^+ 617) + + 0,17(0,482 бисх+б17 ) + 0,33(0,482 бисх+б17),
откуда б17=0,243бисх.
Следовательно, на роторную дробилку, работающую в замкнутом цикле, поступает поток материала 612=65+611+617 = 0,201 бисх+0,281бисх+0,243бисх = = 0,725 бисх. Поэтому после второй стадии дробления можно определить выходы продуктов б13— б17, которые равны:
— фракция 0—5 мм:
613 = У13 • б12.=0,083 • 0,725 бисх = 0,06 6ига;
научно-технический и производственный журнал ■Q'j'pyyrj'SjJ.yj-liyJS 56 сентябрь 2012 ~ Л1] ®
фракция 5—10 мм:
Q14 = Y14 • Qi2.=0,083 • 0,725 QHCX = 0,06 QHCX; фракция 10—20 мм:
Q15 = Y15 • Q12.=0,17 • 0,725 QHcX = 0,123 Q^; фракция 20—40 мм:
Q16 = Y16 • Q12.=0,33 • 0,725 Qncx = 0,239 QH Q17 = 0,243 Qncx.
Таким образом, в результате расчета технологической схемы дробильно-сортировочной фабрики имеем:
— отходы (слабые разности известняков, прослои глинистых пород, породы карстов):
Ql+Q2+Qз+Q4 = (0,149+0,063+0,072+0,101^ =
= 0,385 ^сх;
— отсев дробления фракции 0—5 мм:
Ql8 = Q7+Ql3 = 0,017 Qисх+0,06 Qисх = 0,077 Qисх;
— щебень фракции 5—10 мм:
Ql9 = Q8+Ql4 = 0,017 Qисх+0,06 Qисх = 0,077 Qисх;
— щебень фракции 10—20 мм:
Q20 = Q9+Ql5 = 0,033 Qисх+0,123Qисх = 0,156Qисх;
— щебень фракции 20—40 мм:
Q21 = Ql0+Ql6 = 0,066 Qисх+0,239Qисх = 0,305 ^исх;
Е = 1,000 Qисх.
Допустим, что на фабрику поступает горная порода (известняк) в объеме 1 млн м3 гранулометрического состава, представленного в табл. 1; в результате переработки известняка на щебень получим: отходы — 385 тыс. м3; отсев фракции 0—5 мм — 77 тыс. м3; щебень фракции 5—10 мм — 77 тыс. м3; щебень фракции 10—20 мм — 156 тыс. м3; щебень фракции 20—40 мм — 305 тыс. м3.
Предлагаемая методика дает возможность определить не только количественный выход продуктов дробления, но и установить нагрузку на дробилки и грохота как исходным, так и дробленым материалом.
Методика прошла проверку на дробильно-сортиро-вочной установке Восточно-Пятовского карьера.
Ключевые слова: технологическая схема, дробильно-сор-тировочная фабрика, щебень, гранулометрический состав.
Список литературы
1. Нормы технологического проектирования предприятий промышленности нерудных строительных материалов. Л.: Стройиздат, 1977. С. 297—309.
2. Чирков А.С. Расчет выхода продуктов дробления при эксплуатации щековых и конусных дробилок // Горный журнал. 1994. № 3. С. 39-41.
3. Аверченков А.П. и др. Добыча и переработка камня на щебень. М.: Издательство литературы по строительству, 1964. С. 172-179.
4. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных горных пород. М.: МГГУ, 2009. С. 393-402.
_ИНФОРМАЦИЯ
Первый в мире карьер, использующий солнечные батареи
Компания «БоДин» (США) первой в мире обеспечила себя электроэнергией за счет использования солнечных батарей. Комплект солнечных панелей установлен на карьере «Марк Вест», разрабатывающем нагорное месторождение в Калифорнии. Они обеспечивают электроэнергией ДСЗ и отделение промывки.
Компания, основанная в 1989 г. супругами Сойленд, включающая два карьера и асфальтовый завод, на которых занято 38 работников, гордится достижениями в культуре производства, участием в «зеленых» программах. Компания занимается также переработкой строительного лома. В 2006 г. было потрачено более 3 млн дол. на создание системы оборотного водоснабжения, благодаря которой отпала необходимость в пруде-отстойнике, а 99% воды возвращается в производство.
На установку солнечных панелей стоимостью более 3,7 млн дол. владельцы получили грант в размере 1 млн дол., целевые налоговые льготы в размере 30%, а также скидку на оплату коммунальных услуг на 5 лет. Благодаря этому собственные единовременные затраты снизились до 2 млн дол. По расчету, эта сумма будет погашена через 10 лет, после чего компания станет получать доход, равный ежемесячным платежам за коммунальные услуги.
Комплекс из 3444 панелей вырабатывает 1,12 млн кВтч электроэнергии в год. Панели установлены на 144 подставках. При строительстве, продолжавшимся 10 месяцев, решили две проблемы: укрепление конструкции на наклон-
ном борту карьера и очистка панелей от пыли, сопутствующей горным работам. Первая проблема была решена за счет использования якорей спиральной формы длинной 1,5 м, которые должны сохранить систему при скорости ветра до 27 м/с. Вторая потребовала создания автоматизированной системы управления. Система обеспечивает очистку поверхности панелей ежедневным ополаскиванием водой и еженедельным мытьем. Система очистки выключается в период дождей и при скорости ветра более 1,3 м/с. Эта же система передает с интервалом в 15 мин сведения о генерации энергии, скорости ветра, температуре панели и величине солнечной радиации.
По материалам Pit & Quarry, February 2012, P. 28—36.
rj научно-технический и производственный журнал
М ® сентябрь 2012 57
