24.1. Основные процессы работы камнедробильных заводов

Основные каменные дорожно-строительные материалы получают путем переработки горных пород на камнедробильных заводах (КДЗ). Переработка состоит из дробления, сортировки, промывки и обогащения щебня, гравия, песка.

Дробление и измельчение - уменьшение размеров кусков (зерен) горной массы посредством механического разрушения. Принято считать, что при дроблении получают продукты преимущественно крупные, а при измельчении менее 0,5 мм. Для измельчения используют мельницы (шаровые, стержневые), а для дробления - дробилки (щековые, конусные, валковые, молотковые).

Сортировка (грохочение) - разделение продуктов переработки по крупности на грохотах.

Промывку щебня и гравия производят с целью удаления комовой глины, пылеватых и глинистых частиц. Промывку производят на грохотах или в машинах - мойках.

Классификацию и обогащение песков используют для доведения зернового состава до требований Государственных стандартов, выполняя эти операции в гидроклассификаторах и гидроциклонах.

Обогащение щебня и гравия по прочности производят в отсадочных машинах, механических классификаторах, установках для обогащения в тяжелых средах. Обогащение щебня по форме зерен предназначено для получения щебня кубовидной формы. Эту операцию производят избирательно сортировкой на щелевидных ситах, грануляцией щебня в роторных дробилках ударного действия и в барабанах-грануляторах.

Обезвоживание каменных материалов производится для снижения влажности материала до заданного значения, определяемого местом операции обезвоживания в технологическом процессе. Песок обезвоживают в спиральных классификаторах, а щебень и гравий на виброгрохотах.

Производство щебня заключается в последовательном выполнении приведенных операций, составляющих технологический процесс получения каменных материалов.

Выпуск ассортимента готовой продукции зависит от включения в технологическую схему определенного количества операций сортировки и классификации, дробления, промывки и обогащения. Для выбора технологической схемы переработки полезного ископаемого необходимо иметь следующие данные: характеристику исходной горной породы; прочностной и зерновой состав; ассортимент готовой продукции; климатические условия района строительства.

Выбор способов дробления. 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.

Технологические схемы камнедробильных заводов (КДЗ) многообразны и зависят в первую очередь от прочности камня и загрязнения вредными примесями. При выборе технологической схемы производства на КДЗ учитывают тип перерабатываемой горной породы (рис. 24.1):

I - однородные магматические горные породы (граниты, диориты, сиениты и др.) с пределом прочности при сжатии 600 МПа и более, метаморфические (осадочные) породы с прочностью 60-250 МПа;

II - прочные однородные осадочные породы с пределом прочности при сжатии 60-200 МПа;

III - неоднородные малоабразивные породы с прочностью 10-150 МПа с содержанием трудно-промываемых включений.

Степень дробления и измельчения. Количественной характеристикой процесса дробления служит степень дробления, показывающая, во сколько раз уменьшились куски материала при дроблении или измельчении. Со степенью дробления связаны расходы энергии и производительность дробилок. Степень дробления i определяется по формуле

где (24.1)

- наибольший диаметр куска до дробления;

- наибольший диаметр куска после дробления.

Для конкретных дробилок в технических паспортах приводится график выходов сортов щебня в зависимости от ширины выходной щели дробилки для условно принятой плотности горной породы. Например, для получения размера щебня 20 мм при куске, подаваемом в дробилку размером 800 мм, i = 800/20 = 40. Это значит, что кусок надо раздробить на 40 частей.

Получение таких высоких степеней дробления в одной дробилке практически невозможно, поскольку каждая дробилка работает только при ограниченной степени дробления. Рационально дробить материал от большего размера до требуемого в нескольких последовательно расположенных дробилках (рис. 24.2).

Рис. 24.1. Технологическая схема дробления, сортировки, промывки:

I - при переработке особо прочных чистых пород; II - при переработке осадочных пород; III - неоднородные малогабаритные породы; знак + означает размер зерен крупнее указанного

Рис. 24.2. Схемы дробления: I - одностадийная; II - двухстадийная; III - трехстадийная; 1 - грохот; 2 - конусная дробилка; 3 - щековая дробилка; 4 - валковая дробилка

Степень дробления, получаемую в каждой стадии, называют частной, во всех стадиях - обшей степенью дробления.

В материалах, поступающих на дробление, всегда имеются куски мельче того размера, до которого идет дробление в данной стадии. Такие куски выделяют из исходного материала исходя из принципа «не дроби ничего лишнего». Дробилки могут работать в открытом или замкнутом циклах. При открытом цикле материал проходит через дробилку один раз и в конечном продукте всегда присутствует некоторое количество кусков избыточного размера. При замкнутом цикле материал неоднократно проходит через дробилку. Раздробленный материал подается на грохот, выделяющий из него куски избыточного размера, которые возвращаются для повторного дробления в ту же или вторичную дробилку.

Качественные и количественные схемы дробления. Для лучшего представления о технологическом процессе работы КДЗ составляется количественно-качественная схема дробления (рис. 24.3).

Количественная схема показывает, как каменный материал, доставляемый на КДЗ общим потоком, делится на частные потоки - фракции. По количественной схеме можно определить выход тех или иных фракций в процентах от общего потока. Качественная схема содержит сведения о размерах фракций, качестве материала и режиме переработки на отдельных участках процесса. Схема цепи аппаратов показывает перемещение материала в процессе переработки и сведения об аппаратах, выполняющих отдельные операции. В практике наибольшее применение получило двухстадийное (двухступенчатое), затем одностадийное и реже трех-, четырехстадийное дробление. При выборе такой схемы учитывают тип перерабатываемой горной породы (I, II и III).

Рис. 24.3. Количественно-качественная схема переработки камня

Для выбора технологической схемы проводят технологические исследования сырья с целью определения эффективных способов его обогащения. При переработке пород третьего типа применяют технологические схемы, включающие обогащение способами избирательного дробления на роторных дробилках ударного действия и многократное исключение из процесса слабых разновидностей. Учитывая, что отходы составляют 40-50 % важно предусмотреть комплексное использование сырья и утилизацию отходов.

Механизация технологических процессов. Основное технологическое оборудование для производства щебня из природного камня: камнедробилки, дробильно-сортировочные установки, грохоты, мельницы. К вспомогательному оборудованию относят бункеры, течки и др.

Технологическое оборудование для дробления и измельчения по технико-конструктивным признакам и основному методу дробления, производимому в них, подразделяются на пять классов: дробилки щековые, конусные, валковые, ударно-молотковые роторные, барабанные мельницы.

Процесс разрушения материалов в щековых дробилках производится раздавливанием, а в некоторых конструкциях частично и истиранием между дробящими плитами - подвижными и неподвижными щеками. Промышленность выпускает щековые дробилки с простым (рис. 24.4) и сложным (рис. 24.5) движением подвижной щеки относительно оси подвеса. Щековые дробилки отличаются простотой конструкции и несложным уходом при эксплуатации. К недостаткам этих дробилок следует отнести большую массу движущихся деталей, что предопределяет необходимость устройства массивных фундаментов для их монтажа. Техническая характеристика щековых дробилок приведена в табл. 24.1 и 24.2.

Щековые дробилки служат для измельчения пород средней и большой твердости и в зависимости от размеров приемного отверстия (160×250-2100×2500 мм) применяются как на первой, так и на последующих стадиях дробления. Производительность их при дроблении пород средней твердости достигает 300 м³/ч.

Рис. 24.4. Щековая дробилка с простым движением щеки:

1 - станина; 2 - футеровка боковых стенок; 3 - ось; 4 - подвижная щека; 5 - шатун; 6 - эксцентриковый вал; 7 - пружина; 8 - задний упор; 9 - распорные плиты; 10 - тяга; 11 - неподвижная дробящая плита

Рис. 24.5. Щековая камнедробилка со сложный движением щеки:

1 - передняя стенка станины; 2 - защитный кожух; 3 - подвижная щека; 4 - эксцентриковый вал; 5 - задняя балка; 6 - тяга; 7 - пружина; 8 - распорная плита; 9 - подвижная плита; 10 - неподвижная плита

Таблица 24.1

Техническая характеристика щековых дробилок отечественного производства

Конусные дробилки (рис. 24.6) 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.

Техническая характеристика конусных дробилок отечественного и зарубежного производства приведена в табл. 24.3 и 24.4.

Для получения щебня кубовидной формы обычно применяются специальные конусные дробилки или дробилки ударного действия. Последние позволяют получить щебень, форма зерен которого наиболее близка к кубовидной. Применение этих дробилок связано с большими расходами на изнашивающиеся части и повышенным выходом отсевов дробления.

Таблица 24.2

Техническая характеристика щековых дробилок зарубежного производства

^* н/д - нет данных

Рис. 24.6. Конусные дробилки: а - с крутым конусом; б - с пологим конусом; 1 - внешний неподвижный конус; 2 - внутренний подвижный конус; 3 - шаровая пята; 4 - траверса; 5 - наклонный желоб; 6 - ось; 7 - коническая передача; 8 - эксцентриковый стакан; 9 - станина; 10 - питатель; 11 - шаровой подпятник

В России для получения кубовидного щебня эксплуатируются конусные дробилки ведущих мировых производителей: Parker (Великобритания), Nordberg (Финляндия), Svidala (Швеция), Alta (Чехия) и др. Эти дробилки оборудованы гидросистемами защиты от перегрузки и регулировки рабочего зазора, отличаются высокой надежностью, сравнительно низкой стоимостью эксплуатации и хорошей формой выпускаемого материала.

Таблица 24.3

Техническая характеристика конусных дробилок отечественного производства для среднего и малого дробления

Таблица 24.4

Техническая характеристика конусных дробилок зарубежного производства

Выпуск конусных дробилок для получения кубовидного щебня в России освоен ОАО «Дробмаш» совместно с ЗАО НЦП «Кибернетика». Конусные дробилки инерционного действия (КИД) с регулируемым дебалансным вибровозбудителем выпускает ОАО «Механобр-Техника».

По данным Союздорнии, эти дробилки при выпуске кубовидного щебня обеспечивают снижение выхода отсевов дробления на 10 %, а также имеют степень дробления в 1,5-2 раза выше, чем у других конусных дробилок. Техническая характеристика конусных дробилок отечественного и зарубежного производства для получения кубовидного щебня приведена в табл. 24.5.

Таблица 24.5

Техническая характеристика конусных дробилок для получения кубовидного щебня

Валковые дробилки (рис. 24.7) служат для измельчения мягких пород, а также для вторичного дробления каменных материалов средней и большой твердости. Производительность их колеблется от 10 до 100 м³/ч. Отечественная промышленность выпускает валковые дробилки с гладкими и рельефными валками диаметром 400-1500 мм и длиной, составляющей 40-100 % их диаметра. Техническая характеристика валковых дробилок приведена в табл. 24.6.

Рис. 24.7. Валковая камнедробилка: 1 - рама; 2 - ведущий валок; 3 - ведомый валок; 4 - пружина

Таблица 24.6

Техническая характеристика валковых дробилок

Молотковые и роторные дробилки относятся к дробилкам ударного действия. В молотковых дробилках камень измельчается силой ударов, нанесенных молотками. Молотковая дробилка (рис. 24.8) состоит из ротора, к дискам которого шарнирно на эксцентриковых пальцах прикреплены молотки. Они служат для дробления известняков и хрупких каменных материалов с прочностью на сжатие до 150 МПа. Производительность дробилок 3-400 м³/ч. Дробилки изготовляют с загрузочным отверстием шириной до 1400 мм, что позволяет загружать камни крупностью до 1100 мм.

Рис. 24.8. Молотковая камнедробилка: 1 - колосниковая решетка; 2 - станина; 3 - шторка; 4 - загрузочное отверстие; 5 - крышка; 6 - отбойные (броневые) плиты; 7 - ротор; 8 - корпус; 9 - молотки

В роторных дробилках материал разрушается за счет кинетической энергии жестко закрепленных на роторе движущихся тел. Их производительность определяется параметрами ротора: диаметром, длиной, частотой вращения. Промышленность выпускает одно- и двухроторные дробилки. В двухроторных дробилках первый ротор имеет два молотка, предназначенных для первичного дробления, а второй с четырьмя молотками обеспечивает окончательное измельчение материала. Привод каждого ротора дробилки от отдельного электродвигателя. Производительность двухроторных дробилок выше, чем однороторных в 1,5 раза и достигает 600 м³/ч. Техническая характеристика роторных дробилок отечественного и зарубежного производства приведена в табл. 24.7.

Таблица 24.7

Техническая характеристика роторных дробилок

Для помола каменных материалов и получения из них минерального порошка используют шаровые (стержневые) мельницы. Измельчение материала обеспечивается истиранием, раздавливанием и частично ударами металлических шаров (стержней), загружаемых вместе с измельчаемым материалом внутрь вращающегося барабана.

В технологии переработки материал разделяется на классы по крупности. Технологическое оборудование для этой цели основано на механическом или гидравлическом принципах действия. При механическом разделении каменных материалов на фракции применяют сортировочные машины - грохоты с отсеивающей поверхностью в виде колосников, решет, сит (рис. 24.9).

Рис. 24.9. Просеивающие поверхности грохота: а - колосники; б - решето; в - сито

Различают грохоты цилиндрические и плоские, неподвижные и подвижные. Грохоты могут иметь одну, две или более просевающих поверхностей. К неподвижным относятся колосниковые решетки, перекрывающие бункеры, а также колосники, установленные перед дробилками. Колосниковые решетки размещают горизонтально или с углом наклона 12° для отделения крупных включений и с углом наклона 45-55° для отделения мелких включений.

Подвижные плоские грохоты подразделяются на колосниковые, качающиеся с возвратно-поступательным движением и эксцентриковые качающиеся, инерционные. Качающиеся грохоты сортируют материал путем перемещения его по ситу. Эти грохоты часто используются при просеивании песка. Эксцентриковые грохоты выполняются качающимися, но характер движения их подвижной рамы круговой. Инерционные грохоты обеспечивают сортировку материала посредством вибрации, возникающей под действием сил инерции вращающихся неуравновешенных масс. Техническая характеристика инерционных грохотов приведена в табл. 24.8.

Таблица 24.8

Техническая характеристика инерционных грохотов

Получаемые в карьерах гравий и песок часто содержат органические и неорганические примеси. Когда загрязненность таких материалов велика и содержащиеся в них примеси легко отделить, промывку производят в процессе сортирования на грохотах. При большом содержании примесей и тогда, когда их сложно отделить, используют моечные машины.

При грохочении материала с одновременной его промывкой применяют гравиемойки-сортировки, работающие по принципу барабанного грохота. В результате сортирования получают четыре фракции с размерами частиц: 0-6; 6-20; 20-40 и более 40 мм. При промывке особо загрязненных материалов (более 8 %) используют лопастные или шнековые мойки.

Для промывки песка используют также драговые пескомойки. Гидравлические классификаторы применяют для промывки и разделения гравийно-песчаной смеси на 2 фракции.