Способ измельчения материала

 

Изобретение относится к способам измельчения различных материалов и может быть применено в горнорудной, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности. Cпособ измельчения материала путем воздействия на него механической нагрузкой включает нагружение валов перед воздействием на материал разрушающей механической нагрузкой, на которых установлены измельчающие органы, в пределах упругой деформации кручения материала вала, моментом, равным моменту, при котором разрушается материал, после чего нагрузку удерживают. 1 табл.

Изобретение относится к способам измельчения материалов, в частности строительных, и может быть использовано в горнорудной, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности.

Известен способ измельчения материала путем раздавливания материала между двумя дробящими органами, один из которых движется, а второй неподвижный (щековые и конусные дробилки), или между двумя движущимися (валковые дробилки) [1]. Недостатком этого способа является высокая энергоемкость процесса измельчения, т. к. разрушение материала связано как с большими энергетическими затратами самого процесса измельчения, так и с большой долей энергии, расходующейся на деформацию механизма сжатия дробилки.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением, взятым за прототип, является способ измельчения твердого материала, заключающийся в том, что перед воздействием на материал разрушающей механической нагрузкой его сжимают без разрушения, выдерживают некоторое время в напряженном состоянии, после чего нагрузку снимают [2].

Недостатком известного способа является высокая энергоемкость процесса измельчения, вызванная необходимостью создания нагрузки как до разрушения материала, так и после ее снятия. При этом энергозатраты на измельчение в целом очень велики, т.к. большой расход энергии вызван самим процессом измельчения.

Изобретение направлено на снижение энергоемкости процесса измельчения материалов. Достигается это тем, что перед воздействием на материал разрушающей механической нагрузкой валы, на которых установлены измельчающие органы, нагружают в пределах упругой деформации кручения материала вала моментом, равным моменту, при котором разрушается материал, после чего нагрузку удерживают.

Значительная часть энергии в дробилках тратится непроизводительно вследствие несовершенства приводных систем, а именно недостаточной жесткостью их конструкций. Обычно потери энергии на работу упругой деформации и сил трения составляют до 70% от общей, расходуемой на весь процесс измельчения в дробилках. В конструкциях существующих дробилок эти потери пытаются компенсировать установкой маховиков, что приводит к незначительному снижению потерь энергии и динамических нагрузок.

Таким образом, нагружение вала, на котором установлены измельчающие органы или которые приводят их в движение, еще до начала работы дробилки устраняет его упругую деформацию кручения (крутильную жесткость). При этом энергия двигателя, расходуемая на деформация вала, а это значительная часть, использоваться не будет. После нагружения приводного вала нагрузку необходимо удерживать в процессе работы дробилки. Это позволяет значительно снизить энергоемкость процесса измельчения в целом.

Способ осуществляют следующим образом.

Для каждого конкретного дробильного материала в зависимости от его прочности, крупности исходного и конечного продукта и способа воздействия разрушающей механической нагрузки определяют разрушающую нагрузку (аналитически или экспериментально). Перед началом работы дробилки вал, на котором установлены измельчающие органы, нагружают (одним из известных способов) полученной нагрузкой. После этого полученную нагрузку удерживают на валу в течение работы дробилки. Полученное напряжение вала, как известно, будет упругим крутящим моментом c·(ϕ₁ - ϕ₂) (где c -суммарная жесткость приводного вала дробилки, на котором установлен измельчающий орган; ϕ₁ и ϕ₂ - обобщенные угловые координаты масс привода и измельчающего органа), который в данном случае и определяется вначале.

В результате описанных выше действий создается предварительно нагруженная динамическая система. Теперь мощность приводного двигателя дробилки расходуется только на полезную работу дробления, а большая часть энергии двигателя, расходуемая на упругую крутильную деформацию вала, на котором установлены измельчающие органы, расходываться не будет, т.к. в этом нет необходимости из-за создания предварительно нагруженной динамической системы.

Такой режим работы дробилки позволяет измельчать материал с минимальными энергетическими потерями, направленными преимущественно только на дробление, и не расходываться на упругую крутильную деформацию приводного вала, которая может составлять до 80% энергии, совершаемой при дроблении.

Пример. Испытание проводили на лабораторной двухвалковой зубчатой дробилке, на одном из валов которой устанавливался винтовой нагружатель. Для удерживания напряжения валов дробилки использовался дополнительный редуктор, который с помощью соединительных муфт мог соединяться с валами дробилки.

В качестве материала в процессе испытаний использовалась алюминиевая проволока для устранения упругой (горизонтальной) деформации валов в опорах и более точного определения потребляемой на процесс сжатия материала энергии.

Вначале испытываемый материал сжимался на зубьях валков без напряжения валов и соединения их с дополнительным редуктором. Экспериментально был определен крутящий момент M = 30 H·м, при котором материал сжимался до толщины h =1,21-1,35 мм.

Затем валы дробилки нагружались с помощью нагружателя моментом M = 30 H·м и после этого соединялись дополнительным редуктором. Получалась предварительно нагруженная динамическая система. После этого на зубья валков подавался материал.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Предлагаемый способ (по сравнению с известными) позволяет сократить потребление энергии при измельчении материалов на 40-45%, повысить эффективность процесса измельчения и снизить возникающие в дробилках динамические процессы.

Формула изобретения

Способ измельчения материала путем воздействия на него разрушающей механической нагрузкой, отличающийся тем, что перед воздействием на материал разрушающей механической нагрузкой валы, на которых установлены измельчающие органы, нагружают в пределах упругой деформации кручения материала вала моментом, равным моменту, при котором разрушается материал, после чего нагрузку удерживают.

РИСУНКИ

Рисунок 1