Разработка и расчет процесса дробления при получении крупного заполнителя для бетонов

Способ дробления горной породы зависит от физико-механических свойств дробимого материала и крупности его кусков. Способность горных пород противостоять разрушению зависит от прочности, наличия трещин, способов воздействия на них разрушающих усилий. Наибольшее сопротивление горные породы оказывают раздавливанию, меньшее - изгибу и особенно растяжению.

В настоящее время применяют дробилки, работающие главным образом по принципу раздавливания и удара при добавочных истирающих и изгибающих воздействиях на дробимый материал.

Конусные дробилки служат для измельчения каменных материалов средней и большой твердости и предназначены для крупного и мелкого дробления. Процесс дробления в них в отличие от щековых дробилок происходит непрерывно. Отечественные дробилки имеют ширину загрузочного кольцевого отверстия 300-1500 мм и нижний диаметр внутреннего дробящего конуса 600-2100 мм. Максимальная крупность загружаемых в дробилку камней не должна превышать 75-80 % ширины загрузочного отверстия.

Эти дробилки оборудованы гидросистемами защиты от перегрузки и регулировки рабочего зазора, отличаются высокой надежностью, сравнительно низкой стоимостью эксплуатации и хорошей формой выпускаемого материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Разработка технологической схемы производства

 

 

  

 

 

 

 

 

       

 

         Горная масса кусками крупностью до 510 мм поступает в бункер и питателем попадает на предварительное сортирование на тяжёлых колосниковых грохотах. При предварительном сортировании из исходной горной массы отбирается материал, не требующий дробления в машинах стадии крупного дробления. В зависимости от степени загрязнения нижний продукт, т. е. прошедший через колосники, может быть направлен на дальнейшее дробление или исключен из процесса переработки (направлен в отход). Верхний продукт поступает в дробилку крупного дробления       ККД- 900 (Q1 =315,66м3/ч, dвх=510 мм, dвых=170мм, b1=120 мм), где размер отдельных кусков уменьшается до крупности, обеспечивающий нормальную работу дробилок последующей стадии.

Нижний продукт после предварительного сортирования, и материал, прошедший стадию крупного дробления, падают на грохот для промежуточного сортирования, назначение которого исключить из потока материала продукт, не требующий переработки в машине стадии среднего дробления КСД- 2200Т (Q2 =274,62 м3/ч, dвх=170мм, dвых=56,7 мм, b2= 25 мм). Благодаря этому снижается нагрузка на дробилку среднего дробления и уменьшается переизмельчение материала. На этой стадии происходит дальнейшее уменьшение размеров кусков породы (до 60 мм).

Нижний продукт первого грохота для промежуточного сортирования и продукт, прошедший дробилку стадии среднего дробления, поступают на второй грохот для промежуточного сортирования. Дробилки более мелкого дробления КСД- 1750 Гр (Q3 =134,56 м3/ч, dвх=56,7мм, dвых=18,9мм, b3= 9,1 мм), установленные на третьей стадии, перерабатывают материал, полученный на предыдущих стадиях до размера 20 мм.

После дробилок стадии более мелкого дробления материал поступает на грохот поверочного (контрольного) грохочения. На грохоте верхнее сито устанавливают на фракцию готового продукта максимального размера. С этого сита верхний продукт, т. е. зерна породы крупнее максимального заданного размера (больше 20 мм), возвращаются в дробилки третьей стадии на повторное дробление. Этим осуществляется замкнутый цикл дробления. При замкнутом цикле на 25-30 % повышается производительность дробилок последней стадии, так как допускается их работа с более широкими выходными щелями. Кроме того, замкнутый цикл позволяет более точно выдерживать требования по допустимой крупности готового продукта.

Средний продукт с грохота для окончательного сортирования направляется на односитный грохот, на котором полученный материал разделяется на товарные фракции, в данном случае 5-10, 10-15, 15-20 мм. С этих грохотов материал поступает на склады готовой продукции, откуда отгружается потребителю.

 

 

 

 

 

 

2. Обоснование способа производства

 

Транспортное, гражданское и промышленное строительство, а также строительство гидротехнических сооружений, являются основными потребителями нерудных строительных материалов, значительную часть из которых составляет щебень.

Щебень изготовляют путем дробления твердых горных пород магматического (гранит, сиенит, габбро, базальты и т.п.), осадочного (известняки, доломиты, песчаники) и метаморфического (гнейсы, кварциты, мраморы) происхождения.

Полученные при взрыве (добыче) на карьерах куски горной массы имеют разную крупность, начиная от каменной пыли и кончая кусками размером до 1200 мм. В строительстве необходим щебень крупностью в десятки и более раз меньшей крупности исходного каменного материала и, к тому же, классифицированный по группам крупности (фракциям).

Таким образом, поступающее на предприятия нерудных строительных материалов сырье подлежит дроблению с определенной степенью измельчения и сортировке на требуемое количество фракций. Эту задачу призвано решать различное дробильно-сортировочное оборудование, объединенное, как правило, в определенную технологическую схему.

Условия работы дробильно-сортировочного оборудования (ДСО) определяются рядом факторов, обусловленных как свойствами исходного сырья, так и способом его обработки, состоянием оборудования, совершенством технологии и т.д. Рассмотрим основные факторы, влияющие на условия работы ДСО. Исходное сырье можно охарактеризовать структурно-геометрическими, физическими и механическими свойствами. Большое влияние на условия работы ДСУ оказывают требования к качеству конечного продукта. Требования к щебню регламентированы соответствующими ГОСТами, определяющими разбивку по фракциям, предельно-допустимые инородные включения и пр., в зависимости от технологического назначения щебня.

Одним из основных структурно-геометрических свойств исходного сырья является его зерновой или гранулометрический состав, определяющий количественное распределение частиц по их крупности. Зерновой состав исходного сырья существенно влияет на величину усилий дробления, степень проходимости материала через бункеры, а также, на степень заполнения рабочих (несущих) органов транспортирующих машин. Не менее важными структурно-геометрическими свойствами исходного сырья являются форма частиц материала и его пористость. С формой частиц связана технология обработки материала, проходимость его через сита грохотов и пропускные отверстия бункеров. Пористость оказывает значительное влияние на объемную массу материала, его прочность, морозостойкость и другие свойства. К основным физическим свойствам исходного сырья следует отнести его объемную (насыпную) массу влажность. Объемная масса и влажность сырья оказывают существенное влияние на производительность оборудования (дробилок, конвейеров, грохотов и др.)

Механические свойства исходного сырья в основном оцениваются прочностью, хрупкостью и абразивностью. Прочность материала достигает 350 МПа и оказывает влияние на показатели работы и износ дробильных машин. Хрупкость материала из-за его разрушения на грохотах может привести к излишнему образованию «мелочи» в конечном продукте. Абразивность материала определяет износ рабочих органов ДСО.

Из всех приведенных выше свойств исходного сырья основными являются крупность и прочность материала, которые определяют режим работы ДСО.

Использование эффективных технологических приемов и способов переработки исходного сырья позволяет снизить влияние ряда свойств материала на качество дробления. Например, при наличии в исходном сырье мелких фракций предварительное грохочение позволяет избежать снижения производительности дробилки и излишних затрат энергии. В противном случае, мелкие фракции, распределяясь между кусками крупных камней, повысят упругость дробимой массы. При трехстадийном дроблении  иногда после колосникового или пластинчатого питателя устанавливают грохот; полученный подситный продукт направляют сразу на II стадию Дробления. Материал после II стадии вновь рассеивают на грохоте; III стадии дробления подвергается только надситный продукт, полученный после рассева продукта, вышедшего из дробилки II стадии дробления. Дробление в замкнутом цикле с грохочением материала позволяет значительно повысить производительность помольных установок, улучшить качество получаемого продукта, снизить удельный расход электроэнергии. 
Трехстадийное дробление желательно применять для очень плотных и твердых пород. Для первой и второй стадий дробления целесообразно применять те же типы дробилок, что и при двухстадийном дроблении, а для третьей стадии — однороторные молотковые или конусные. 

Конусные дробилки имеют высокую производительность (больше, чем у щековых), низкий удельный расход электроэнергии.

Выбранная в данной работе технология производства позволяет свести к минимуму отходы производства, а также получить продукцию с необходимыми фракциями.[6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обычно крупный заполнитель на заводы ЖБИ поступает из карьеров в готовом виде и требуемых фракциях. Однако в последнее время в связи с открытием значительного количества относительно мелких производств, все большее количество таких предприятий организовывают собственные дробильно-сортировочные узлы. Поэтому для современного технолога важно понимание принципиальных особенностей их организации, тем более что они отличаются от принципов организации крупных дробильных заводов.

Дробление – один из энергоёмких переделов в технологии. По этому экономичность не только этого процесса, но и технологии в целом определяется как технологическими требованиями к выходному готовому продукту: наибольшей крупностью заполнителя (НК или dmax), его зерновым составом, формой зерен (количеством лещади Ф), прочностью   (R); так и экономическими требованиями: удельным расходом энергии на единицу готовой продукции, а так же производительностью установки, являющейся так же и технологическим показателем.

Входными параметрами являются свойство исходного сырья – размер дробимых кусков, коэффициент дробимости, характеризующий прочностные, деформационные свойства сырья, его хрупкость и т. П., истинная и насыпная плотность, тип дробилки и технологические параметры её работы. С учётом этого, структурная блок-схема процесса дробления может быть представлена в виде, показанном на рисунке 3.

Оптимизацию процесса можно проводить как по энергетическому фактору, считая остальные выходы ограничениями, так и по любому из технологических факторов, например, наибольшей крупности, принимая за ограничения все остальные выходы.

Как правило на дробильно-сортировочных узлах в качестве измельчителя принимают щековые и конусные дробилки, реже - дробилки ударного действия типа молотковых. Однако организация процесса на индивидуальных узлах имеет свою специфику по сравнению с крупными дробильно-сортировочными заводами.

Во-первых, на крупных заводах сначала разделяют дробленый продукт на отдельные фракции, а затем их смешивают в определённых соотношениях для получения общего продукта заданного зернового состава. При этом остаток избыточных фракций может использоваться, например, в устройстве дренажных засыпок, баласта под железнодорожные пути и т.д. На малых предприятиях такой возможности нет из-за относительного небольшого объёма отходов, поэтому необходимо использовать практически весь полученный продукт, соблюдая при этом требования к зерновому составу крупного заполнителя.

Во-вторых, коэффициент использования оборудования по времени на крупных предприятиях довольно высок и составляет 0,8-0,85. На мелких предприятиях в виду большой производительности даже малых дробилок, серийно выпускаемых промышленностью, они используются лишь небольшую часть времени - нередко заданная производительность предприятия обеспечивается 1-2 днями работы в неделю. 

Оба этих фактора не только повышают себестоимость продукта, но и требуют иной организации самого процесса дробления. [2,с.9]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.

 

 

 

 

Характеристическое уравнение процесса дробления:

 

Y = f ·(D; K; ρи; ρ; Та; Тп),

где:

D- размер дробимых кусков;

К- коэффициент дробимости;

ρи – истинная плотность сырья;

ρн – насыпная плотность;

Та – тип дробилки;

Тп – технологические параметры работы дробилки;

НК – наибольшая крупность заполнителя;

Гвых – зерновой состав заполнителя;

Ф – количество лещади;

R – прочность;

Еуд – удельный расход энергии на единицу продукции;

Q – производительность установки.

 

 

 

 

 

4. Расчет параметров процесса

 

Исходные данные:

- Производительность – 1,0 млн м3/год

- Вид основного сырья – известняк, Rсж=145 МПА

- Вид продукции – щебень фракции 5-20мм

- Максимальный размер исходного материала – Dmax=510 мм

- Режим работы узла – двухсменный

- Процесс, подлежащий расчету – расчет процесса дробления при получении крупного заполнителя для бетона

 

Степень измельчения берем из подбора типа дробилки: в нашем случае подобраны конусные дробилки крупного дробления, имеющие степень измельчения в интервале 3…5.

Общая требуемая степень измельчения

т.е. больше рекомендуемой для отельных дробилок. Следовательно, необходимо принять несколько стадий дробления. При трехстадийной схеме и принимаемых на каждой стадии дробления степенях измельчения, соответственно равных i1=3, i2=3, i3=3, общая степень измельчения составит: