CC BY
217
--------------------------------------- © К.С. Назаров, Ш. Фёт,
2009
К.С. Назаров, Ш. Фёт
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ, ПОВЫШАЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВИБРОКЛАССИФИКАЦИИ ТРУДНОГРОХОТИМЫХ МАТЕРИАЛОВ
Приведен анализ применения конкретных технических мер, направленных на повышение эффективности прохождения частиц сквозь сито и описаны меры по снижению забиваемости ячеек сита зёрнами граничной крупности на различных типах вибрационных грохотов, работающих в зарезонансном режиме. Ключевые слова: трудногрохотимый материал, ячейки сита, просеивающая поверхность, короб грохота.
ш и роблема классификации трудногрохотимого материала
М. Л. является актуальной по многим причинам. От процентного содержания трудногрохотимого материала в составе исходного продукта зависит эффективное или неэффективное протекание процесса обогащения в целом на всём комплексе обогатительного оборудования. Кроме того, большое многообразие грохотимого материала с различными формой и размерами частиц, а также растущие требования к качеству получаемого продукта при сохранении (или повышении) производительности просеивающих устройств требуют решения этой задачи как комплексной. Классификации трудногрохотимого материала посвящено большое количество исследований и практических методов, а также разработано значительное число просеивающих устройств, как у нас, так и за рубежом. Эти методы способствуют в основном повышению эффективности прохождения частиц сквозь ячейки в сите, обеспечивая тем самым высокую эффективность процесса разделения материала на фракции [1].
В данной статье приведен анализ применения конкретных технических мер, направленных на повышение эффективности прохождения частиц сквозь сито и описаны меры по снижению забиваемости ячеек сита зёрнами граничной крупности на различных типах вибрационных грохотов, работающих в зарезонансном режиме. Большая доля, рассмотренных нами в статье вибрационных грохотов, используемых для улучшения качества
грохочения, являются машинами, производимыми известными фирмами Австрии (IFE), Германии (RHEWUM GmbH, J^t GmbH, Lehmann AG, Tyssen Krupp Fцrdertechnik GmbH, Binder+Co. AG, Steinhaus GmbH, Siebtechnik GmbH, Liwell-Siebmaschinen GmbH, Mogensen Gmbh & Co. KG, Braeuer Aufbe-reitungsmaschinen GmbH), США (DERRICK Corporation), Швеции (SANDVIK), Финляндии и др. Среди российских фирм можно отметить НПК «Механобр-техника» [2]. Научные работы немецкого учёного А. Майнела [15—22] и других немецких ученых [6—14, 23—29] помогли классифицировать существующие конструкции машин для разделения трудногрохотимого сырья.
Для повышения геометрической вероятности прохождения частиц сквозь ячейки сита и снижения вероятности забивания ячеек сита затрудняющими зёрнами разработан большой комплекс аппаратов и устройств, которые можно разделить на группы, представленные на рис. 1.
1. Меры по повышению эффективности прохождения частиц сквозь ячейки сита
1.1. Применение сит с ячейками удлиненной формы является эффективным для материала с высоким содержанием частиц критической формы. Поперечное сечение проволоки сита круглой или трапециидальной формы является наиболее оптимальным, т.к. минимизируется число контактов и площадь трения между частицей и поверхностью ячейки сита [19].
2. Меры по снижению забиваемости ячеек сита зёрнами граничной крупности
2.1. Применение просеивающих поверхностей, выполненных из специальных материалов таких как, например, нержавеющая сталь, резина, полиуретаны, полиэстеры, материалы на основе карбона и др., обладающие эффектом гидрофобности, что снижает налипание влажных тонкодисперсных частиц материала. Резина и полиуретан, кроме того, обладают большей эластичностью в сравнении со стальными ситами, что положительно сказывается при просеивании трудногрохотимого материала [1, 17].
Рис. 1. Технические меры повышения эффективности грохочения трудных зёрен
Применение резиновых и полиуретановых сит на вибрационных грохотах с возбуждением короба грохота диктует необходи-
мость уменьшать показатель работы грохота К =
А -а2
д
(отноше-
ние ускорения просеивающей поверхности А -а2 к ускорению свободного падения g, критерий Фруда), чтобы компенсировать увеличение амплитуды вследствие возникновения собственных колебаний сита. Экономическая оценка показывает, что полиуретановые сита по сравнению с ситами из стали стоят в десять раз дороже, но и срок службы полиуретановых сит в 10—20 раз больше. В Германии, в каменно- и глинодобывающей промышленности, доля
полиуретановых сит составляет более 60 %, а при использовании стальных сит 30—50 % приходится на струнные просеивающие поверхности [2, 21].
Эластичность полиуретанового сита или изменение положения соседних элементов стального сита из-за их изгибания, растяжения («дыхания»), запаздывания или относительного движения элементов способствует очистке просеивающей поверхности. В сравнении со стальными ситами, сита с низким модулем упругости (резина, полиуретан) лучше очищаются от застрявших зёрен. Движение соседних элементов струнных сит относительно друг друга так же способствует очистке сит [1, 2, 10, 11].
2.2. Генерирование специального воздействия для очистки сита
2.2.1. Вращающийся вектор ускорения сита на вибрационных грохотах, направленный по круговой или эллиптической траектории колебания просеивающей поверхности позволяет значительно снизить закупоривание ячеек сита граничными зёрнами материала
[5, 17].
2.2.2. Большое значение величины показателя работы грохота
— К. При снижении крупности разделения частиц отношение сил закупоривания и сил сцепления (прилипания) к силе тяжести частицы уменьшается, поэтому на вибрационных грохотах, работающих в таких условиях, необходимо повышать значение показателя работы грохота К, для того чтобы преодолеть силы, препятствующие просеиванию частиц подрешетного продукта [1—3, 5, 15]. При грохочении крупных фракций материала на вибросите с небольшой величиной К, относительное перемещение соседних элементов сита уже при К = 3 позволяет классифицировать материал с большим содержанием частиц граничной крупности [16]. При грохочении материала с содержанием частиц средней крупности на вибрационном грохоте с натяжной просеивающей поверхностью при значении К = 30—50 хорошо просеивать влажный и липкий продукт. При грохочении на ультразвуковых грохотах величина К достигает значения почти 50 000, что позволяет забитым ячейкам легко высвобождаться от частиц граничной крупности. Ещё одно техническое средство, используемое как для высокой эффективности разделения грохотимого материала, так и для очистки просеивающей поверхности — это использование грохотов с непосредственным возбуждением сита ударными элементами [21].
2.2.3. Пиковые значения ускорений на сите. Очистка просеивающей поверхности может осуществляться за счёт высшей гармонической составляющей колебаний просеивающей поверхности, которая может возникать вследствии свойств самого сита, например, струн струнного сита или натянутого сита из резины или полимерного материала (эффект мата), достигаться механическими ударами по ситу [17], например, ударами по ситу билами электромагнитных вибровозбудителей [8] или ударными элементами расположенными под ситом [1] и др.
2.2.4. Ударные зёрна. Фракции просеиваемого материала, так называемые ударные зёрна, которые обычно более чем в пять раз превышают размер частиц подрешетного продукта, добавляют в грохотимый матеиал. Это помогает самоочистке сит.
2.2.5. Оборудование грохотов механической очисткой просеивающей поверхности. Принцип работы механических устройств очистки сита это противодействие воздействию силы тяжести либо посредством заполнения пространства под ситом ударными шарами или цилиндрами либо применению вращающихся щёток. Эти устройства находят своё применение при тонком и особо тонком грохочении [1, 12, 17]. Ещё один метод механической очистки сит
— применение сит типа Sandwich. Это просеивающая поверхность, состоящая из двух и более расположенных друг на друге сит. Верхнее сито преждназначенно для особо тонкого грохочения, а нижнее сито (большой несущей способности) для поддержания верхнего. Поперечные колебания сит относительно друг друга предотвращают забивание ячеек [11].
2.2.6. Воздействием гидравлического или пневматического потоков (для очистки сита) можно не только транспортировать фракции подрешетного продукта сквозь просеивающую поверхность, но и очищать сито [10]. Ещё одна специальная система гидравлической очистки сита состоит из вращающегося, шарообразного водяного эжектора, поток воды из которого достигает поверхности сита со сверхзвуковой скоростью и выбивает ударной волной зерна, застрявшие в ячейках сита грохота [21].
2.3. Электрические способы очистки сита основываются на электрическом нагреве сита и ионизации грохотимого продукта.
2.3.1. Электрический нагрев способствует высушиванию грохотимого материала и расклинивающему капиллярному разделению частиц [4]. Однако это энергетически дорогостоящий способ.
Применение данного способа нагрева для верхней границы влажности в 12 % и нижнего предела размера ячейки сита в 1 мм в практике не эффективно [21].
2.3.2. Ионизацию можно рассматривать как технический способ противодействия статическим зарядам зёрен специальных искусственных материалов при одновременном повышении относительной влажности воздуха, увлажнении, как и при применении карбоновых волокон [21].
В табл. 1 представлены различные технические меры по повышению эффективности грохочения (рис. 1), используемые в просеивающих устройствах различного типа в промышленном масштабе, как у нас в стране, так и за рубежом. Цифры первой колонки в табл. 1 соответствуют различным мерам по повышению эффективности грохочения указанным на рис. 1. Для эффективного решения вопроса классификации трудногрохотимого материала промышленно реализованные многочисленные меры, которые, по большому счёту, нацелены на повышение значения геометрической вероятности прохождения частиц сквозь ячейки сита и на снижение вероятности закупоривания ячеек сита частицами материала граничной крупности. Реализация этого на практике, в итоге, позволяет повысить эффективность грохочения материалов относящихся к категории трудногрохотимых.
Основным направлением сегодня в совершенствовании работы грохотов является применение новых типов просеивающих поверхностей, новых материалов для сит и другая их модернизация.
Применение сит с ячейками удлиненной формы является эффективным для материалов с высоким содержанием частиц критической формы. Поперечное сечение проволоки сита круглой или трапециидальной формы является наиболее оптимальным, т.к. минимизируется число и площадь контактов трения между частицей и поверхностью ячейки сита.
> сл І/ і 4^. к> 4^. и> к>
Технические меры повышения вероятности просеивания трудных зёрен (рис. 1)
Л
00
Л
00
колосниковый вибрационный гохот
с круговой траекторией колебаний короба
с эллиптическои траекторией колебаний короба
с линеинои траекторией колебаний короба
с просеивающем поверхностью типа «банан»
многочастотныи с электрическим регулированием частотой дебалансов
многочастотныи с адаптерами н сильной решёткой
вероятностный с возбуждением короба дебаланс-ными вибровозбудителя-
с пространственными колебаниями короба
с электромагнитным возбуждением сита и деба-лансным возбуждением короба с линейной траекторией
с волнообразным движением сита и дебалансным возбуждением короба с круговой траекторией
с непосредственным возбуждением сита электромагнитными вибровозбу-_______дителями_________
и
©\
■в
с возбуждением сита деба-лансными вибровозбуди-
с волнообразным движе-
нием сита
Таблица 1
Ступенчатое (каскадное) расположение элементов просеивающей поверхности способствует перемешиванию грохотимого продукта и снижению сопротивления прохождения подрешетного продукта сквозь ячейки сита.
Упругие колебания консольных «пальцев» сита, выполненных из износостойкой пружинной стали и относительное перемещение их, друг относительно друга позволяет достигать большой производительности грохота и не забиваться ситу даже при грохочении на нём трудногрохотимых, глинистых и влажных фракций материла.
Увеличение наклона просеивающей поверхности может способствовать увеличению пропускной способности грохота и тем самым его производительности, а увеличением наклона части просеивающей поверхности (так называемый грохот типа «банан») можно добиться увеличения массы подаваемого на грохот материала в 3—4 раза по сравнению с обычными грохотами. Скорость вибротранспортирования материала на первом участке, при наклоне сита до 40° может достигать 6 м/с.
Просеивающие поверхности с приводом особой конструкции типа Trisomat, Liwell, bivi-TEC колеблются с пиками ускорений до 50g, что позволяет с высокой эффективностью просеивать трудно-грохотимое сырьё.
Не менее важным пунктом является выбор необходимого типа возбуждения просеивающей поверхности, определяющегося типом привода. Вращающийся вектор ускорения сита на вибрационных грохотах с круговой или эллиптической траекторией колебания просеивающей поверхности позволяет значительно снизить закупоривание ячеек сита граничными зёрнами материала.
Возбуждение круговой траекторией колебаний просеивающей поверхности через короба грохота практически не осуществляет транспортирование материала, поэтому материал на таких грохотах транспортируется под действием силы тяжести, что требует большого наклона сита. Вибрационный грохот с эллиптической траекторией колебаний работает с горизонтальной или слабонаклонной просеивающей поверхностью, а его пропускная способность в сравнении с вибрационными грохотами с круговой и линейной траекторией колебаний находится в соотношении 125:100:75.
Спектр производимых в мире вибрационных грохотов с линейной траекторией колебаний является наиболее широким. Прак-
тически все ведущие фирмы имеют в модельном ряду такие грохота. Неоспоримые достоинства линейной траектории колебаний это горизонтальное расположение сита и однородное по площади сита поле колебаний даже для грохотов большой производительности.
Грохота с непосредственным возбуждением просеивающей поверхности электромагнитными или дебалансными вибровозбудителями обладают такими достоинствами, как точность разделения и высокая пропускная способность, равномерное распределение колебаний по всей просеивающей поверхности грохота.
Перспективным средством повышения эффективности просеивания трудно грохотимого сырья является создание пространственных колебаний коробу грохота, комбинация непосредственного возбуждения сита и возбуждения короба грохота, создание на сите многочастотного поля и другие способы позволяющие интенсифицировать процесс грохочения.
---------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Назаров К.С. Анализ конструкций вибрационных грохотов для классификации трудно-грохотимых материалов. — М.: Издательство МГГУ, 2006. — 36 с.
2. Вайсберг Л.А., Картавый А.Н., Коровников А.Н. Просеивающие поверхности грохотов. — СПб.: изд-во «ВСЕГЕИ», 2005. — 252 стр.
3. Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. — М.: «Недра», 1990. — 301 с.
4. ПономаревИ.В. Дробление и грохочение углей. — М.: «Недра». 1970. —
367 с.
5. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. — М.: Недра, 1982. — 365 с.
6. Aus der Industrie. Kleinere Bauhoehe und hoehere Leistung: Elektronisch ge-regelte Ellipsen-Schwingsiebe sind im laufenden Betrieb verstellbar. // Aufbereitungs-technik. Nr. 9. 2002. С. 48.
7. Aus der Industrie. Haver Niagara Flat- und Free-Line — Neue Siebmaschinen bei Haver & Boecker. // Aufbereitungstechnik. Nr. 8. 2002. С. 74.
8. Coppers M. Rhewum-Hochleistungs-Siebmaschinen fer die Erzeugung von vielen Fraktionen. // Aufbereitungstechnik. Nr. 4. 2003. С. 30 — 35.
9. Coppers M. Neue Wege bei der Nasssiebung — Erfahrungen mit dem Rhe-wum DF-Nasssieb mit Zusatzbefeuchtun. // Aufbereitungstechnik. Nr. 5. 1999. С. 226
— 231.
10. Gschaider H.J., Kalcher A. Qualit^ssteigerung von Brechsanden durch sieb-technische Abscheidung von Feinststoffen. // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 2001. С. 328
— 334.
11. Gaertner H. Nassklassierung im Feinkornbereich mit dem Derrick Stack Sizer. // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 2002. С. 36 — 40.
12. Kadel R. Wirtschaftliche Klassierung von siebschwierigem Gut mit ClipC-lean. // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 2003. С. 11 — 16.
13. Klassieren mit Siebmaschinen // Die Industrie Steine + Erden, Ausgabe Nr. 6.
2000.
14. Lenart C. Vibrotower-der schwingende Turm fuer die Verfahrenstechnik. // Aufbereitungstechnik. Nr. 5. 1998. С. 221—226.
15. Meinel A. Entwicklung der Siebklassierung unter besonderer Beruecksichti-gung siebschwieriger Materialien. Vortrag vor der Arbeitsgemeinschaft Deutscher Auf-bereitungsingenieure, Bochum: 1998.
16. Meinel A., Schubert H. bber einige Zusammenhaenge der Einyelkorndynamik und der stochastischen Siebtheorie bei der Klassierung auf StцЯelschwingsiebmaschi-nen // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 1972. С. 408.
17. Meinel A. Zu den Grundlagen der Klassierung siebschwieriger Materialien // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 1999. С. 313 — 325.
18. Meinel A. Zum Problem der Oberschwingungen auf Harfen-siebb^en. Berg-akademie 18 (1966) Heft Nr. 6, С. 352 — 356.
19. Meinel A. Zur Fein-, Mittel- und Grobkornklassierung auf Wurfsiebmaschi-nen // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 1998. С. 317 — 326.
20. Meinel A. Zur Klassierung siebschwierwger Schuettgueter — Einige Siebklassiererbeispiele. // Aufbereitungstechnik. Nr. 11. 2001. С. 533 — 539.
21. Meinel A. Zur Klassierung siebschwieriger Schuettgueter — Grundlegende Betrachtungen. // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 2001. С. 315 — 326.
22. Meinel A. Zur Rolle und Optimierung der Siebbodenbewegung auf Wurf-siebmaschinen. // Vortrag vor der Aufbereitung und Recycling, Freiberg: 13. November 2003.
23. Reis F.—D., Hoppe J., Heinrich R. Hochfrequenz — Feinsiebung mit Haver fine-line. // Aufbereitungstechnik. Nr. 5. 1998. С. 215 — 221.
24. Reis F.—D., Hoppe J., Krellmann J. Feinsiebung mit Haver fine-line. // Auf-bereitungstechnik. Nr. 7. 2000. С. 304 — 308.
25. Sauer H.—P., Der Mogensen Sitzer in der 4.Generation. // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 2001. С. 345 — 348.
26. Siebmaschinen auf der BAUMA 98. // Die Industrie Steine + Erden, Ausgabe Nr. 4. 1998.
27. Stemme H. Hochleistungsfaehige Antriebe fuer innovative Siebmaschinen. // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 2001. С. 351—352.
28. Surrey S., Paetz M. Aquaschwingsortierer ASS und ASK — Bewaehrte Technik ueber 10 Jahre im Einsatz. // Aufbereitungstechnik. Nr. 7. 2003. С. 5 — 7.
29. V^h S. bberwachung furdertechnischer Anlagen hisichtlich des Beanspru-chungs- und Sc^digungsgeschehens. Institut fer Konstruktionstechnik der Ruhr-Universitflt Bochum. Heft 95.8. Bochum. 1995. 149 с. ШИЭ
Nazarov K.S., Fet Sh.
THE ANALYSIS OF THE MODERN CONSTRUCTIVE
DECISIONS RAISING EFFICIENCY OF VIBRATORY CLASSIFICATION
OF HARD SIEVED MATERIALS
It is resulted the analysis of application of the concrete technical measures directed on increase of efficiency of particles passage through a sieve and there are described the arrangements on decrease of mash aperture cluttering with granules of boundary size on various types of vibratory sieves, working in beyond the resonance mode.
Key words: Hard sieved material, mash aperture, sifting surface, sieve box.
— Коротко об авторах ----------------------------------------
Назаров К. С. — Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, [email protected] Фёт Ш.. —.TFH Georg Agricola, Германия
