Некоторые другие методы разрушения твердых материалов

В последнее время широко исследуются и внедряются в промышленную технологию взрывные, термические и электротермические, а также термомеханические способы дроб­ления и измельчения твёрдых материалов.

Сущность гидровзрывного способа дробления заключается в том, что разру­шение производится взрывом взрывчатых веществ в водной среде. При этом кроме непо­средственного действия весьма высоких давлений, возникающих при расширении продук­тов взрыва, существенная роль в разрушении материала принадлежит ударной волне, рас­пространяющейся в жидкости при взрыве (при электрогидравлическом дроблении разрушающие ударные волны инициируются электрическим разрядом).

При термических способах дробления производится местный нагрев анизотроп­ной среды куска твердого материала. Возникающие при этом внутренние напряжения приводят к разрушению. Зона прогрева, таким образом, выполняет роль своеобразного теплового клина. Источниками тепла для местного нагрева могут быть: электрическая дуга, сильно экзотермические реакции сгорания (железа в кислороде, алюминотермические), высокотемпературные газовые струи из реактивной горелки, высокотемпера­турная плазменная струя, лазерный луч.

Широкие исследования проводятся по электротермическим методам раз­рушения, сущность которых заключается в неравномерном нагреве твердого материала непосредственно электрической энергией, предаваемой тем или иным способом. В высоко­частотном поле, например, интенсивно нагреваются только поглощающие электромагнит­ные колебания минералы разнородного по минералогическому составу твердого материала. Вследствие внутренних напряжений, возникающих при таком неравномерном прогреве, и происходит разрушение.

При термомеханическом разрушении нагрев материала служит лишь для уменьшения его прочности, а окончательное измельчение производится одним из описанных выше ме­ханических способов. В некоторых случаях после нагрева материал резко охлаждают.

Подробное описание технологических схем и применяющегося оборудования для рас­смотренных и других способов измельчения можно найти в специальной литературе.

ЛЕКЦИЯ 10

КЛАССИФИКАЦИЯ

IX. Классификация и сортировка материалов

1. Грохочение

2. Гидравлическая классификация и воздушная сепарация

X. Смешение твердых материалов

IX. КЛАССИФИКАЦИЯ И СОРТИРОВКА

МАТЕРИАЛОВ

Разделение твердых зернистых материалов на классы по крупности кусков или зерен называется классификацией.

Известны два основных способа классификации:

1) ситовая (гро­хочение) — механическое разделение на ситах;

2) гидравличе­ская — разделение смеси на классы зерен, обладающих одинаковой скоростью осаждения в воде или в воздухе.

Разделение смеси зерен на классы в воздушной среде называется воздушной сепарацией.

Классификация может иметь самостоятельное значение — для приго­товления готовых продуктов определенных сортов (в этом случае она называется сортировкой) или быть вспомогательной операцией для предварительной подготовки материала к последующей переработке. Наиболее широко различные способы классификации используются совме­стно с процессами измельчения.

Грохочение

Процесс разделения сыпучих материалов на классы по крупности путем просеивания через одно или несколько сит называется грохочением.

Сита и ситовый анализ. Основной частью аппаратов для грохочения (грохотов) является рабочая поверхность, изготовляемая в виде проволоч­ных сеток (сит), стальных перфорированных листов (решет) или парал­лельных стержней (колосников).

Проволочные сита изготовляются из сеток с квадратными или прямоугольными отверстиями размером от 100 до 0.4 мм. Согласно ГОСТ 3584—53, сита обозначаются номерами, соответствующими размеру стороны отверстия сетки в свету, выраженному в миллиметрах. Размеры ячеек сеток стандартизованы в соответствии с нормальным рядом чисел в машиностроении.

За рубежом распространен, а иногда применяется и в отечественной практике, способ выражения величины отверстий сетки числом «меш», т.е. числом отверстий, приходящихся на один линейный дюйм (25.4 мм) сетки. Кроме того, иногда сита обозначают по числу от­верстий на 1 см² сетки. Оба эти способа непосредственно не определяют размера ячейки сетки, так как он зависит от толщины проволоки.

Решета — стальные листы толщиной 3-12 мм с проштампован­ными или просверленными отверстиями размером 5-50 мм. При штам­повке отверстия получаются расширяющимися по толщине листа сверху вниз, что уменьшает возможность их забивания материалом.

Колосники — стержни, обычно трапециевидного сечения. Для колосниковых решеток иногда используют старые рельсы со срезанной подошвой.

Определение гранулометрического состава сыпучего материала, т.е, определение содержания в нем частиц различных размеров, называется ситовым анализом. При выполнении ситового анализа прово­дится рассев средней пробы материала. Для рассева применяют набор проволочных сит с постоянным отношением (модулем) размера отверстий каждого сита к последующему, равным (или для более подроб­ного ситового анализа).

После просеивания взвешивают остатки материала на каждом из сит, а также зерна, прошедшие через самое тонкое (нижнее) сито. Отношение количеств полученных остатков на ситах к навеске исходного материала показывает содержание различных классов зерен в материале, т.е. зерен, размеры которых ограничены верхним и нижним пределами, соот­ветствующими размерам отверстий верхнего и нижнего соседних сит.

Классы зерен обозначают размерами отверстий этих сит, соответству­ющими предельным размерам зерен данного класса. Если, например, зерна получены последовательным просеиванием на ситах № 2 и № 1, т.е. с отверстиями 2 и 1 мм, то класс зерен обозначают следующим обра­зом: –2+1 мм.

Графическое изображение состава сыпучего материала в координатах содержание (выход) зерен данного класса — номера сит называется характеристикой крупности.

На основании данных ситового анализа могут быть построены кривые распределения. На оси абсцисс графика последовательно откладывают размеры зерен материала подклассам, на оси ординат – число или массу зерен данного класса, отнесенные к интервалу крупности зерен этого класса.

Кривая распределения, или характеристика крупности, определяет гранулометрический состав сыпучего материала, пред­ставляющего собой статистическую совокупность зерен разной крупности.

Производительность грохота зависит oт физических свойств материала (плотности, формы и размера зерен, влажности), размеров сита, относительной скорости движения материала, способа его подачи, толщины слоя материала на сите и других факторов и нахо­дится по эмпирическим уравнениям, приводимым в специальной лите­ратуре.

При грохочении с выделением зерен более двух классов применяется многократное гро­хочение, осуществляемое по одному из трех способов (рис. IХ-1):

1) от мелкого к крупному — через последовательный ряд сит с увеличивающимися размерами отверстий;

2) от крупного к мелкому — через расположенные друг над другом сита с уменьшающимися раз­мерами отверстий;

3) комбинированный.

Достоинствами грохочения по первому способу являются: удобство смены сит и наблюдения за их состоянием; рассредоточенность разгрузки классов по длине сит, облегчающая распределение классов. Недостатки этого способа грохочения: пониженная эффективность разделения, так как вся масса ма­териала загружается на сито с самыми мелкими отверстиями, которые перекрываются крупными кусками; перегрузка и повышенный износ мелких сит; значительное крошение хрупкого материала.

Достоинствами грохочения по второму способу являются: более высокая эффективность грохочения, меньший износ сит вследствие первоначального отсева крупных кусков, меньшее крошение материала, компактность установки. К недостаткам этой схемы следует отнести: разгрузку материала всех классов у одного конца грохота и сложность ремонта и смены сит.

Недостатки первых двух способов грохочения частично преодолеваются при грохочении комбинированным способом.

Устройство грохотов. Грохоты разделяются на две группы: непо­движные и подвижные. По форме просеивающей поверхности различают плоские и цилиндрические (барабанные) гро­хоты. В зависимости от расположения грохоты делятся на наклон­ные и горизонтальные.

Плоским неподвижным грохотом является колосниковая решетка, которая устанавливается с наклоном 30-50°. Такие гро­хоты применяются для крупного грохочения (размер щели между колос­никами не менее 50 мм).

К грохотам с подвижными колосниками относятся валковые грохоты, просеивающей поверхностью которых являются диски, насаженные на вращающиеся горизонтальные валы, установленные парал­лельно друг другу. Рассеиваемый материал, движется по дискам, при этом просев проваливается в зазоры между дисками, а отсев разгружается в конце грохота. Эти грохоты более производительны и по сравнению с неподвижными колосниковыми грохотами обеспечивают повышенную эффективность грохочения. Износ дисков — основной недостаток этих грохотов.

В барабанный грохот (рис. IX-2) материал загружается с верхнего конца барабана 1, а подрешеточный продукт разгружается через отверстия в барабане, вращающемся на центральном валу 2. Ось барабана наклонена к горизонту под углом 4-7°. Барабанные грохоты используются и для грохочения от мелкого к крупному, при этом сито барабана собирается из нескольких секций с отверстиями, увеличива­ющимися по направлению к разгрузочному концу. Реже применяются призматические барабанные грохоты, называемые буратами.

Главное достоинство барабанных грохотов — простота конструкции и равномерность работы. Недостатками являются громоздкость, малая удельная производительность и низкая эффективность, особенно при грохочении мелкого материала. Вследствие этих недостатков барабанные грохоты во многих случаях заменяются плоскими качающимися и вибра­ционными.

Просеивающая поверхность качающихся грохотов (рис. IX-3) совершает принудительные качания, обусловленные жесткой кинематической связью приводного эксцентрика 1 с корпусом 2, закреп­ленным на шарнирных или жестких опорных стойках 3. Характер дви­жения материала на этом грохоте определяется эксцентриситетом и ско­ростью вращения вала (в мин^-1), которая рассчитывается по формуле:

(IX.1)

где a — угол наклона короба грохота; r — радиус кривошипа (эксцентриситет), мм.

Достоинства плоских качающихся грохотов: большие чем у барабанных грохотов производительность и эффективность грохочения; компактность и удобство обслуживания; незначительное крошение материала. Основные недостатки — неуравновешенность конструкции и быстрый выход из строя опорных стоек грохота.

Основной частью гирационного (полувибрацион­ного) грохота (рис. IX-4) является короб 1 с одним или двумя ситами 2, совершающий в вертикальной плоскости круговые движения с помощью эксцентрикового вала 3. Сито грохота за оборот вала переме­щается параллельно самому себе. Концы корпуса сит соединяются с непо­движной рамой 4 пружинными амортизаторами 5. Центробежные силы инерции, возникающие при движении корпуса, уравновешиваются контр­грузами 6 на симметрично расположенных дисках 7.

Спокойная работа вследствие уравновешенности конструкции, высокие производительность и эффективность грохочения — основные достоин­ства полувибрационных грохотов. Наличие четырех подшипников вибра­тора (эксцентрикового вала) усложняет конструкцию, сборку и ремонт грохота.

Широкое распространение в настоящее время получили вибра­ционные грохоты, которые в зависимости от принципа работы вибратора делятся на инерционные и электромагнит­ные.

На рис. IX-5 показана схема инерционного вибрационного грохота. Вибрация корпуса 1 происходит вследствие неуравновешенности масс вращающихся дебалансов 2. Сортируемый материал непрерывно подбра­сывается на сите 3, при этом мелкие куски проваливаются через отверстия сит, крупные — перемещаются к нижнему концу короба. Амплитуда колебаний грохота зависит от количества материала на сите, поэтому вал 4 в процессе работы смещается от своего первоначального положения. Равномерное питание материалом вибрационных грохотов — основное условие их нормальной работы.

В электромагнитных вибрационных грохотах источником колебаний является движение якоря электромагнита, через обмотку которого пропу­скается переменный ток. Якорь электромагнита связан с корпусом гро­хота, подвешенным на пружинных амортизаторах.

Вибрационные грохоты широко используются в промышленности. Их достоинствами являются: высокая производительность и эффективность грохочения; значительно меньшая возможность забивания отверстий сит по сравнению с грохотами других типов; пригодность для крупного и тонкого грохочения; компактность и легкость смены сит; относительно небольшой расход энергии.