Электрогидравлическая дробилка для приготовления смесей заданного состава

Изобретение предназначено для дробления и измельчения камня при получении строительного щебня. Многоэлектродная электрогидравлическая дробилка содержит дробильную камеру, решетку, над которой установлены рабочие электроды, и общее для продукта дробления от всех электродов приемное устройство, расположенное под решеткой, при этом в продольном направлении решетка составлена, по меньшей мере, из двух отдельных секций, с различными площадями проходных отверстий, отличающихся друг от друга в 1,4... 9 раз, при этом в каждой секции площади проходных сечений отверстий преимущественно одинаковы и отношение длин поперечной и продольной осей отверстия не превышает двух, расстояние от конца рабочего электрода до любого края расположенной под ним секции составляет не менее 1,2 расстояния от конца рабочего электрода до решетки, а рабочие электроды установлены с возможностью изменения расстояния между ними и решеткой. Просвет отверстий секций решетки дробилки может иметь квадратную или круглую форму. Изобретение позволяет приготовить щебень с заданным фракционным составом и минимальным содержанием лещадных зерен при наивысшей производительности дробилки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил, 1 табл.

 

Предложение относится к оборудованию для дробления и измельчения камня с целью получения строительного щебня, более точно, к электрогидравлическим (ЭГ) дробилкам, использующим для дробления эффекты, сопровождающие мощный искровой разряд в воде (электрогидравлический эффект).

Известен ряд механических дробилок для получения щебня: щековые, конусные, молотковые, роторные [1]. Для более плотного заполнения бетона или асфальтобетона зерна щебня разных размеров должны находиться между собой в определенном количественном соотношении, то есть щебенчатая масса должна представлять собой смесь разных размерных фракций. В зависимости от назначения фракционный состав смеси бывает различным и нормируется стандартом. Недостатком всех известных механических дробилок является то, что фракционный состав получаемого в них щебня не соответствует требованиям ГОСТ 25607-94 на щебеночно-песчано-гравийные смеси. Поэтому при использовании щебня механического дробления в качестве заполнителя для бетона или асфальтобетона производимую механическими дробилками смесь вначале рассеивают по фракциям, а затем из чистых фракций приготовляют смеси требуемого состава, то есть проделывают двойную работу.

Известны ЭГ дробилки для получения щебня, содержащие дробильную камеру, рабочий электрод и расположенную под ним разгрузочную решетку (далее: «решетку») с постоянным размером ячейки, причем электрод установлен с возможностью изменения расстояния до решетки [2]. Изменяя расстояние от электрода до решетки, можно управлять в некоторых, причем ограниченных, пределах фракционным составом продукта. Однако, с точки зрения энергозатрат, возможно только одно оптимальное значение указанного расстояния. Поэтому производительность известной дробилки почти для всех фракционных составов продукта оказывается ниже максимально возможной.

Известно многоэлектродное ЭГ устройство для дробления твердых материалов, содержащее дробильную камеру (корпус), рабочие электроды и общее для продукта дробления от всех электродов приемное устройство, выполненное в виде наклонных лотков и конвейера [3]. Недостатком известного устройства также является невозможность приготовления щебня с заданным фракционным составом.

Известна многоэлектродная ЭГ дробилка, содержащая дробильную камеру (корпус), несколько рабочих электродов, установленную под ними разгрузочную решетку, а под нею - общее для продукта дробления от всех электродов приемное устройство, выполненное в виде лотка, рассеивающей решетки и двух конвейеров для крупной и мелкой фракций [4]. Из-за того, что известная ЭГ дробилка производит щебень только одного определенного фракционного состава, который к тому же не соответствует наиболее употребительным стандартным смесям, потребовалось усложнить ее конструкцию, введя дополнительную рассеивающую решетку и конвейер. Разделенный в дробилке на фракции щебень затем приходится смешивать опять, чтобы получить смесь стандартного состава, то есть проделывать двойную работу.

Известна также ЭГ дробилка, содержащая корпус и один рабочий электрод, установленный над решеткой с отверстиями, которые имеют вид радиальных или вытянутых по дуге щелей, по меньшей мере, двух разных размеров [5]. Подбором соотношения числа отверстий с разными размерами можно добиться, чтобы дробилка производила щебень определенного фракционного состава, но результаты такого подбора были бы пригодны только для одного вида сырьевой горной массы (по размерам и виду горных пород) и только для заданного фракционного состава продукта. Поэтому известная дробилка также может производить щебень только одного фракционного состава. Для каждого нового фракционного состава пришлось бы изготавливать несколько вариантов решеток, определять, какой из них наиболее подходящий, а затем организовывать промышленное изготовление очередной разновидности решетки. Кроме того, поскольку каждому размеру отверстия соответствует свое оптимальное с точки зрения энергозатрат расстояние электрод-решетка, дробилка с электродом, установленным над решеткой с разными отверстиями, работает не в оптимальном режиме и ее производительность невелика.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является многоэлектродная ЭГ дробилка, содержащая дробильную камеру (корпус), несколько рабочих электродов, общую для всех электродов решетку с одинаковыми отверстиями и выполненное в виде лотка или бункера общее для продукта дробления от всех электродов приемное устройство, расположенное под решеткой [6]. Недостатком известной дробилки также является невозможность приготовления щебня с заданным фракционным составом. Размеры и масса решетки в многоэлектродных дробилках настолько велики, что ее изготовление и ремонт или замена представляют собой весьма сложные операции.

Предложенное устройство решает техническую задачу приготовления щебня с заданным фракционным составом и минимальным содержанием лещадных (пластинчатых) зерен при наивысшей производительности дробилки, а также упрощения процедуры изменения фракционного состава продукта.

Поставленная задача решается, а указанные недостатки устраняются тем, что в известной многоэлектродной ЭГ дробилке, содержащей дробильную камеру, решетку, над которой установлены рабочие электроды и общее для продукта дробления от всех электродов приемное устройство, расположенное под решеткой, решетка составлена, по меньшей мере, из двух отдельных секций с различными площадями проходных отверстий, отличающихся друг от друга в 1,4...9 раз, при этом в каждой секции площади проходных сечений отверстий преимущественно одинаковы, отношение длин поперечной и продольной осей отверстий не превышает двух, расстояние от конца рабочего электрода до любого края расположенной под ним секции составляет не менее 1,2 расстояния от конца рабочего электрода до решетки, а рабочие электроды установлены с возможностью изменения расстояния между ними и решеткой.

Кроме того, просвет отверстий секций решетки имеет квадратную форму.

Кроме того, просвет отверстий секций решетки имеет круглую форму.

Технический результат от выполнения решетки, по меньшей мере, из двух отдельных секций с различными площадями проходных отверстий позволяет производить в одной дробилке два или более потока щебня различного фракционного состава. Попадая в общее для продукта дробления от всех электродов приемное устройство, эти потоки образуют на выходе дробилки продукт требуемого стандартного фракционного состава.

Технический результат от выполнения решетки из отдельных секций состоит в упрощении серийного изготовления решетки дробилки, упрощении обслуживания, уменьшении веса элементов решетки. Все это делает предложенное техническое решение промышленно применимым. Кроме того, разделение решетки на секции ускоряет перенастройку дробилки на приготовление продукта другого фракционного состава.

Технический результат от применения секций с преимущественно одинаковыми для каждой из секций площадями проходных отверстий и отличающихся по размерам площадей проходных отверстий друг от друга в 1,4...9 раз состоит в уменьшении до минимального числа типоразмеров секций, необходимых для производства всех видов стандартных щебеночных смесей при максимальной производительности. Это упрощает изготовление дробилки и ее перенастройку на выпуск смеси заданного состава.

Технический результат от выполнения каждой из секций с преимущественно одинаковой площадью проходных сечений отверстий, взаимного расположения рабочих электродов и секций решетки так, что расстояние от конца рабочего электрода до любого края расположенной под ним секции составляет не менее 1,2 расстояния от рабочего электрода до решетки, состоит в повышении до максимума производительности процесса дробления, так как при этом рабочая зона каждого электрода оказывается в пределах однородного участка решетки.

Технический результат от установки рабочих электродов с возможностью изменения расстояния между ними и решеткой также состоит в повышении производительности процесса дробления, так как благодаря этому электроды устанавливаются на оптимальном для данной площади проходного сечения отверстий расстоянии от решетки. Это обеспечивает также стабильный фракционный состав потока щебня от каждого из электродов.

Технический результат от выполнения отверстий решетки в каждой из секций с отношениями длин поперечной и продольной осей отверстия (поперечными размерами просвета), отличающимися не более чем вдвое, состоит в повышении качества производимого щебня за счет снижения доли зерен пластинчатой (лещадной) формы в готовом продукте, причем производительность дробилки при этом максимальна.

Технический результат от выполнения квадратным просвета отверстий секций решетки состоит в снижении доли зерен пластинчатой формы в готовом продукте, при этом живое сечение решетки сохраняется достаточно высоким.

Технический результат от выполнения круглым просвета отверстий секций решетки состоит в снижении доли зерен пластинчатой формы в готовом продукте практически до нуля и упрощении изготовления решетки.

Существо предложения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан разрез дробилки плоскостью, проходящей через электроды.

На фиг.2 показан вид сбоку на предложенную дробилку в разрезе.

На фиг. 3 показан вид сверху на секции решетки с отверстиями квадратного сечения.

На фиг. 4 показан вид сверху на секции решетки с отверстиями круглого сечения.

Предложенная дробилка содержит дробильную камеру (корпус) 7, на крышке 2 которой установлены рабочие электроды 3. Внутри дробильной камеры 1, под рабочими электродами 3 установлена решетка 4. С одной стороны к дробильной камере 1 примыкает загрузочный бункер 5. Закрепление рабочих электродов 3 выполнено таким, чтобы можно было изменять расстояние от их нижнего конца 6 до решетки 4. Например, электрод может быть закреплен фланцем-хомутом 7, зажимаемым рукояткой 8.

Решетка 4 выполнена из отдельных секций решетки (далее: «секций») 9 и 10. Площади проходных отверстий в каждой, отдельно взятой секции преимущественно одинаковые, а площади проходных отверстий разных секций разные и отличаются друг от друга не более чем втрое. На чертежах в качестве примера представлена дробилка с секциями двух типов. В секциях 9 площадь проходных отверстий преимущественно равна s, в секциях 10 площадь проходных отверстий преимущественно равна S. Наибольший поперечный размер в секциях 9 равен А, а в секциях 10 он равен В. В уже изготовленной дробилке изменение размеров дробильной камеры и расстояния между электродами невозможно, и потому при некоторых размерах отверстий их число, укладывающееся в определяемой размерами дробильной камеры секции решетки, оказывается не целым. Большей частью отверстия секции решетки будут одинаковыми, но некоторые отверстия секции, например, крайние, могут иметь иные размер и площадь (фиг.3 и 4). Наличие таких неполноразмерных отверстий не влияет заметным образом на параметры дробилки. Но во избежание неоправданного сужения объема притязаний для характеристики площади проходных отверстий решетки использован признак «преимущественный».

Соотношение между количеством секций 9 и 10 устанавливается исходя из того, какая горная масса используется в качестве сырья и каков должен быть фракционный состав готового продукта. Над каждой из секций 9 и 10 установлен, по меньшей мере, один рабочий электрод 3. Для того чтобы каждый электрод работал над решеткой с преимущественно одинаковой площадью проходных отверстий, размеры секций и их расположение относительно электродов установлены такими, чтобы расстояние L от конца рабочего электрода до любого края расположенной под ним секции было не меньше 1,2 расстояния Н от конца рабочего электрода до решетки, то есть должно выполняться условие L≥1,2Н. Это соотношение следует из экспериментально установленной величины рабочей зоны дробления вокруг каждого электрода.

На чертеже фиг.3 представлены секции, у которых просвет отверстий имеет форму квадрата, то есть соотношение длины и ширины просвета отверстия, измеренных в плоскости решетки, равно единице. Так как решетки обычно изготавливаются методом литья, то углы квадрата могут иметь скругленную форму. Такое соотношение обеспечивает высокую геометрическую прозрачность (живое сечение) решетки и лещадность получаемого щебня, не превышающую нескольких процентов по массе. Просвет отверстий решетки может иметь и другую форму, например круглую (фиг.4). В этом случае решетки можно изготавливать из стального листа сверлением. При увеличении соотношения сторон просвета производительность дробилки возрастает, так как возрастает живое сечение решетки, но в получаемом щебне увеличивается содержание нежелательных зерен пластинчатой, или лещадной, формы. Если это соотношение меньше или равно 2, то их содержание не превышает допускаемых стандартом 20% по массе для щебня первой категории. Минимальное содержание в продукте лещадных зерен получается при круглых отверстиях решетки. Для облегчения выхода готового продукта боковые стенки отверстий могут иметь наклон к нижней плоскости решетки, как это показано на фиг.2.

Максимальное соотношение площадей проходных отверстий секций решетки не должно превышать 9, что для круглых или квадратных отверстий соответствует соотношению диаметров или сторон 1: 3, а минимальное не должно быть меньше 1,4, что соответствует соотношению диаметров или сторон 1: 1,2. Экспериментально установлено, что при соотношении площадей меньше нижнего предела комбинацией решеток двух типоразмеров не удается получить все смеси фракций стандартного состава. При соотношении площадей больше верхнего предела энергозатраты на дробление становятся чрезмерно велики.

Под всей решеткой 4 располагается общее для продукта дробления от всех электродов приемное устройство, выполненное, как показано в качестве примера (фиг.2), в виде наклонных лотков 11 и 12, предназначенных для смешивания продуктов дробления от всех электродов и направления его в приемный бункер или на конвейер.

Работает предложенная дробилка следующим образом.

В дробильную камеру (корпус) 1 дробилки наливается вода 13, на решетку 4 помещается сырье в виде гравийно-валунной смеси или рваного камня, после чего на рабочие электроды 3 подаются импульсы высокого напряжения. Возникающий в воде разряд между нижними концами 6 электродов 3 и секциями 9, 10 решетки 4 порождает ударную волну, которая разрушает сырье, превращая его в щебень различных фракций. Зерна щебня с размером, меньшим размера отверстий секции решетки, проваливаются через нее, скользя по лоткам 11 и 12 приемного устройства, смешиваются в готовый продукт и удаляются из дробилки.

Возможны два основных режима эксплуатации дробилки:

когда в течение длительного времени на одном и том же сырье выпускается продукт с одним и тем же заданным фракционным составом;

когда часто изменяется либо состав сырьевой горной массы, либо продукт в виде смесей различного заданного фракционного состава выпускается мелкими партиями, например, в объеме суточной производительности дробилки.

В первом случае для получения смеси требуемого состава в дробилку устанавливаются секции решетки с различным размером отверстий. Соотношение между количеством секций с разными размерами отверстий зависит от требуемого фракционного состава готового продукта. Но, поскольку оно зависит и от характеристик сырья, точные рекомендации для получения смеси того или иного фракционного состава даны быть не могут. Для каждого заданного состава и определенного сырья указанное соотношение определяется опытным путем. При этом расстояния электрод - решетка Н над каждой из секций устанавливаются такими, чтобы дробилка имела максимальную производительность. Заявленные соотношения размеров установлены экспериментально для сырья, не содержащего песка и мелкого (свободно проходящего через отверстия секций) гравия.

Подбор соотношения числа секций является трудоемким потому, что для изменения соотношения приходится полностью разгружать дробилку от сырья, извлекать из нее часть секций с одним размером отверстий и заменять их секциям с другим размером отверстий. При выпуске крупных партий продукта это вполне оправдано.

Во втором случае для снижения трудоемкости подбора фракционного состава соотношение между количеством секций не изменяют, а изменяют расстояние электрод - решетка Н. Если это расстояние увеличивается, то давление ударной волны в плоскости решетки уменьшается, и зерна щебня с трудом проходят через решетку. Готовый продукт плохо удаляется из зоны дробления и переизмельчается. Доля мелких фракций возрастает. Но производительность дробилки при этом снижается.

Если расстояние Н уменьшается, то задержки готового продукта на решетке не происходит, в готовом продукте возрастает доля крупных фракций. Производительность дробилки при этом максимальна.

Ниже представлены примеры управления фракционным составом продукта десятиэлектродной ЭГ дробилки, выполненной в соответствии с вышеизложенным предложением.

Фракционный состав продукта дробилки, имеющей решетку с квадратными отверстиями размером 40 х 40 мм² для сырья в виде валунно-гравийной смеси крепких пород, таков: фракция (-40 +20) - 50%; фракция (-20) -50%. Этот продукт по фракционному составу соответствует смеси С6 по ГОСТ 25607-94.

Пример 1. Потребовалось произвести продукт, по фракционному составу отвечающий смеси С 10. В этой смеси содержание зерен фракции (-40+20) должно составлять 17...40%. Для того чтобы увеличить долю мелких фракций, под N электродами устанавливаются секции решетки с размером отверстий 20×20 мм².

Производительность дробилки на секциях решетки 40×40 мм² составляет 1 т/час на электрод, на секциях 20×20 мм² - 0,5 т/час на электрод. Результаты изменения фракционного состава продукта в зависимости от числа N электродов, работающих над секциями с мелкими отверстиями, представлены в таблице.

	Всего фракций (-20+40), т/час	Всего фракций (-20), т/час	Доля крупной фракции в продукте	Производительность, т/час
0	5	5	0,5	10
1	4,5	5	0,45	9,5
2	4	5	0,4	9
3	3,5	5	0,35	8,5
4	3	5	0,3	8
5	2,5	5	0,25	7,5
6	2	5	0,2	7
7	1,5	5	0,15	6,5
8	1	5	0.075	6
9	0,5	5	0,05	5,5

Из таблицы видно, что если секции с размером отверстий 20×20 мм² будут установлены под двумя-шестью электродами, то состав продукта будет соответствовать требуемому. Разумеется, целесообразно установить секции с малыми отверстиями только под двумя электродами, так как при этом снижение производительности будет самым небольшим.

Пример 2. Потребовалось произвести продукт, по фракционному составу отвечающий смеси С7. В этой смеси содержание зерен фракции (-40+20) должно составлять 0...20%. Из таблицы видно, что для получения такой смеси потребуется установить секции с размером отверстий 20×20 мм² под шестью или более электродами.

Уменьшение производительности с уменьшением размера зерна продукта естественно и не является недостатком предложенного устройства, так как энергозатраты на дробление увеличиваются пропорционально суммарной площади поверхности зерен продукта [1].

Источники информации

1. Е.Е.Андреев. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. - М.: Недра, 1980.

2. Л.А.Юткин. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: Машиностроение, 1986, стр.183.

3. Ю.В.Дергунов и др. ЭГ устройство для дробления твердых материалов. - А.с. СССР №1655012, кл.В 02 С 19/18,22.12.88.

4. Ю.В.Григорьев и др. Электрогидравлическая дробилка. Патент РФ №2090265, кл. В 02 С 19/18, 25.03.96

5. И.И.Каляцкий и др. Устройство для дробления и измельчения. - А.с. СССР №852356, кл. В 02 С 19/18,10.10.73

6. И.И.Каляцкий и др. Дробильно-измельчительное устройство для переработки минерального сырья. - А.с. СССР №845844, кл. В 02 С 19/18, 04.04.73.

1. Многоэлектродная электрогидравлическая дробилка, содержащая дробильную камеру, решетку, над которой установлены рабочие электроды, и общее для продукта дробления от всех электродов приемное устройство, расположенное под решеткой, отличающаяся тем, что в продольном направлении решетка составлена, по меньшей мере, из двух отдельных секций с различными площадями проходных отверстий, отличающимися друг от друга в 1,4-9 раз, при этом в каждой секции площади проходных сечений отверстий преимущественно одинаковы и отношение длин поперечной и продольной осей отверстия не превышает двух, расстояние от конца рабочего электрода до любого края расположенной под ним секции составляет не менее 1,2 расстояния от конца рабочего электрода до решетки, а рабочие электроды установлены с возможностью изменения расстояния между ними и решеткой.

2. Многоэлектродная электрогидравлическая дробилка по п.1, отличающаяся тем, что просвет отверстий секций решетки имеет квадратную форму.

3. Многоэлектродная электрогидравлическая дробилка по п.1, отличающаяся тем, что просвет отверстий секций решетки имеет круглую форму.