Содержание статьи
- Понятие баланса масс в дробильно-сортировочном комплексе
- Исходные данные для расчета баланса масс
- Основные технологические схемы дробления
- Методика расчета баланса масс
- Пример расчета баланса масс для типовой схемы
- Анализ и корректировка схемы
- Эффективность грохочения и ее влияние на баланс
- Практические рекомендации по оптимизации
- Часто задаваемые вопросы
Понятие баланса масс в дробильно-сортировочном комплексе
Баланс масс представляет собой фундаментальный расчетный инструмент, используемый при проектировании и эксплуатации дробильно-сортировочных комплексов. Это детальное распределение материала по фракциям на каждой технологической стадии переработки, которое позволяет прогнозировать количество получаемых продуктов различной крупности и оптимизировать работу оборудования.
Дробильно-сортировочный комплекс включает в себя несколько ключевых элементов: питатели для равномерной подачи материала, дробилки различных типов для измельчения крупных кусков, грохоты для разделения материала по фракциям и конвейерную систему для транспортировки. Правильный расчет баланса масс позволяет определить необходимую производительность каждого узла и избежать узких мест в технологической схеме.
При составлении баланса масс учитываются все материальные потоки в системе, включая поступающее сырье, циркулирующие потоки между различными стадиями переработки и конечные продукты. Особое внимание уделяется замкнутым циклам дробления, где часть недоизмельченного материала возвращается на повторную переработку.
Исходные данные для расчета баланса масс
Для корректного расчета баланса масс необходимо собрать полный комплект исходных данных, которые характеризуют как перерабатываемое сырье, так и применяемое оборудование. Основными исходными параметрами являются гранулометрический состав исходного материала, заданная производительность комплекса, требуемые фракции готовой продукции и технические характеристики используемого оборудования.
Гранулометрический состав исходного материала
Гранулометрический состав, или грансостав, представляет собой распределение материала по классам крупности, выраженное в процентах от общей массы. Определение грансостава производится методом ситового анализа, когда пробу материала последовательно просеивают через набор сит с различными размерами отверстий. Результаты представляются в виде таблицы или графика, показывающих содержание каждой фракции.
| Класс крупности, мм | Содержание, % | Характеристика |
|---|---|---|
| +100 | 15 | Крупная фракция |
| 100-50 | 25 | Средняя фракция |
| 50-20 | 30 | Мелкая фракция |
| 20-5 | 20 | Отсев |
| -5 | 10 | Пылевая фракция |
Параметры эффективности грохочения
Эффективность грохочения является ключевым параметром, влияющим на точность расчета баланса масс. Она определяется как отношение массы подрешетного продукта к массе нижнего класса в исходном материале. Для различных типов грохотов эффективность варьируется: барабанные грохоты обеспечивают показатель около 60-70 процентов, качающиеся грохоты демонстрируют эффективность 70-80 процентов, а современные вибрационные грохоты способны достигать значений до 98 процентов.
Формула расчета эффективности грохочения:
E = (М_под / М_исх) × 100%
где E - эффективность грохочения в процентах, М_под - масса подрешетного продукта, М_исх - масса нижнего класса в исходном материале.
Основные технологические схемы дробления
Существует три основных типа технологических схем дробления, каждая из которых имеет свои особенности при расчете баланса масс. Выбор схемы зависит от характеристик исходного материала, требований к конечному продукту и экономической эффективности процесса.
Открытая схема дробления
При открытой схеме материал проходит через дробилку однократно без контроля крупности готового продукта. Эта схема наиболее проста в реализации, но не гарантирует получение материала заданной крупности. В исходной руде часто содержится фракция, не требующая дробления, которая при такой схеме подвергается переизмельчению, что увеличивает выход мелочи и расход электроэнергии.
Схема с предварительным грохочением
Данная схема включает операцию грохочения перед дробилкой, что позволяет отделить мелкую фракцию, не нуждающуюся в дроблении. Это снижает нагрузку на дробилку и предотвращает переизмельчение материала. Предварительное грохочение особенно эффективно при переработке материалов с высоким содержанием готовых фракций в исходном сырье.
Замкнутая схема с контрольным грохочением
Замкнутая схема предусматривает контрольное грохочение после дробилки с возвратом надрешетного продукта обратно в дробилку. Это наиболее эффективная схема, обеспечивающая получение продукта гарантированной крупности. При расчете баланса масс для замкнутой схемы необходимо учитывать циркулирующую нагрузку, которая может составлять от 150 до 300 процентов от производительности по исходному питанию.
| Тип схемы | Преимущества | Недостатки | Область применения |
|---|---|---|---|
| Открытая | Простота, низкие капитальные затраты | Неконтролируемая крупность, переизмельчение | Крупное дробление первой стадии |
| С предварительным грохочением | Снижение нагрузки на дробилку, меньше переизмельчения | Дополнительное оборудование | Материалы с высоким содержанием мелочи |
| Замкнутая | Гарантированная крупность, высокая эффективность | Сложность схемы, высокая циркулирующая нагрузка | Среднее и мелкое дробление |
Методика расчета баланса масс
Расчет баланса масс выполняется последовательно для каждого узла технологической схемы, начиная от загрузки исходного материала и заканчивая получением готовых продуктов. Для каждой операции составляются уравнения материального баланса, связывающие входящие и исходящие потоки.
Основные принципы расчета
Фундаментальным принципом расчета баланса масс является закон сохранения массы, согласно которому общая масса материала, поступающего в любой узел схемы, равна сумме масс всех исходящих потоков. Для каждого класса крупности составляется отдельное уравнение баланса, что позволяет проследить распределение материала по фракциям на всех стадиях переработки.
Общее уравнение баланса масс:
Q_вх = Q_вых1 + Q_вых2 + ... + Q_выхN
где Q_вх - масса входящего материала, Q_вых1, Q_вых2, Q_выхN - массы исходящих потоков.
Расчет для операции грохочения
При расчете операции грохочения определяются выходы надрешетного и подрешетного продуктов с учетом эффективности грохочения. Материал класса крупнее размера отверстий сита полностью переходит в надрешетный продукт, а материал мельче размера отверстий распределяется между надрешетным и подрешетным продуктами в соответствии с эффективностью грохочения.
Для расчета используются следующие формулы: количество материала класса минус размер отверстий сита в подрешетном продукте определяется как произведение исходного содержания этого класса на эффективность грохочения, выраженную в долях единицы. Количество того же класса в надрешетном продукте рассчитывается как разность между исходным содержанием и содержанием в подрешетном продукте.
Расчет для операции дробления
Расчет операции дробления включает определение степени дробления и гранулометрического состава продукта дробления. Степень дробления определяется отношением максимального размера куска до дробления к максимальному размеру куска после дробления. Для щековых дробилок типичная степень дробления составляет от трех до восьми единиц.
Гранулометрический состав продукта дробления зависит от типа дробилки и ширины разгрузочной щели. Для щековых дробилок характерно получение вытянутых кусков пластинчатой формы, при этом в дробленом материале около 95 процентов по массе имеет размеры меньше полуторакратного значения ширины разгрузочной щели.
Пример расчета баланса масс для типовой схемы
Рассмотрим детальный расчет баланса масс для типовой двухстадийной схемы дробления и сортировки с производительностью 400 тонн в час. Схема включает предварительное грохочение, щековую дробилку и контрольный грохот с получением трех товарных фракций и возвратом крупного класса в дробилку.
Исходные данные
Производительность: 400 т/ч
Максимальная крупность питания: 300 мм
Грансостав питания:
- Класс +100 мм: 20%
- Класс 100-50 мм: 30%
- Класс 50-20 мм: 25%
- Класс 20-5 мм: 15%
- Класс -5 мм: 10%
Эффективность грохочения: предварительный грохот - 85%, контрольный грохот - 90%
Требуемые фракции: 0-5 мм, 5-20 мм, 20-40 мм
Расчет предварительного грохочения
На предварительный грохот с размером отверстий 50 мм поступает весь материал производительностью 400 тонн в час. Класс минус 50 мм в исходном материале составляет 50 процентов (сумма классов 50-20 мм, 20-5 мм и -5 мм). С учетом эффективности грохочения 85 процентов, в подрешетный продукт переходит 170 тонн в час класса минус 50 мм. В надрешетный продукт уходит 230 тонн в час, из которых 200 тонн в час составляет класс плюс 50 мм и 30 тонн в час - недогрохоченный класс минус 50 мм.
Расчет работы щековой дробилки
На щековую дробилку поступает 230 тонн в час надрешетного продукта предварительного грохочения. Дробилка работает с разгрузочной щелью 40 мм, обеспечивая степень дробления около 4 единиц. После дробления весь материал имеет крупность менее 80 мм. Гранулометрический состав продукта дробления: класс 40-80 мм составляет 25 процентов, класс 20-40 мм - 35 процентов, класс 5-20 мм - 30 процентов, класс минус 5 мм - 10 процентов.
Расчет контрольного грохочения
На контрольный грохот поступает 400 тонн в час: 230 тонн в час из дробилки и 170 тонн в час с предварительного грохочения. Грохот имеет три деки с размерами отверстий 40 мм, 20 мм и 5 мм. При эффективности грохочения 90 процентов получаются следующие продукты: фракция 0-5 мм выходом 60 тонн в час, фракция 5-20 мм выходом 110 тонн в час, фракция 20-40 мм выходом 145 тонн в час. Надрешетный продукт класса плюс 40 мм массой 85 тонн в час возвращается на дробление.
| Узел схемы | Питание, т/ч | Продукт 1 | Выход 1, т/ч | Продукт 2 | Выход 2, т/ч |
|---|---|---|---|---|---|
| Предварительный грохот | 400 | Надрешетный (+50 мм) | 230 | Подрешетный (-50 мм) | 170 |
| Щековая дробилка | 315 | Продукт дробления (-80 мм) | 315 | - | - |
| Контрольный грохот | 485 | Товарный продукт | 400 | Возврат (+40 мм) | 85 |
Коэффициент циркуляции:
К_цирк = (Q_др + Q_возв) / Q_др = (230 + 85) / 230 = 1,37
Это означает, что дробилка перерабатывает материала в 1,37 раза больше, чем производительность по исходному питанию.
Анализ и корректировка схемы
После выполнения расчета баланса масс необходимо проанализировать полученные результаты и при необходимости внести корректировки в технологическую схему. Основная задача анализа заключается в оценке соответствия выходов получаемых фракций требованиям по качеству и количеству готовой продукции.
Критерии оценки результатов
При анализе баланса масс проверяются несколько ключевых показателей. Во-первых, соотношение выходов товарных фракций должно соответствовать требованиям потребителей. Во-вторых, циркулирующая нагрузка не должна превышать допустимых значений для выбранного оборудования. В-третьих, необходимо оценить эффективность использования установленного оборудования и выявить возможные узкие места в схеме.
Если выход какой-либо фракции не соответствует требуемому, необходимо рассмотреть возможные варианты корректировки схемы. Это может включать изменение размеров отверстий грохотов, корректировку ширины разгрузочной щели дробилки или введение дополнительных стадий дробления и грохочения.
Методы корректировки схемы
Для увеличения выхода мелких фракций можно уменьшить размер отверстий контрольного грохота или ввести дополнительную стадию мелкого дробления. Если требуется увеличить выход крупных фракций, следует рассмотреть возможность увеличения размера разгрузочной щели дробилки или изменения грансостава питания путем предварительной сортировки исходного материала.
Оптимизация циркулирующей нагрузки
Циркулирующая нагрузка является важным параметром, влияющим на эффективность работы замкнутых схем дробления. Чрезмерная циркуляция приводит к перегрузке оборудования и увеличению энергопотребления. Оптимальное значение коэффициента циркуляции обычно находится в диапазоне от 1,2 до 2,0 в зависимости от типа материала и требований к конечному продукту.
Для снижения циркулирующей нагрузки можно применить несколько методов: уменьшение ширины разгрузочной щели дробилки для получения более мелкого продукта, повышение эффективности контрольного грохочения путем применения более современного оборудования, или изменение схемы дробления с введением промежуточной стадии.
Эффективность грохочения и ее влияние на баланс
Эффективность грохочения является одним из наиболее важных параметров, определяющих точность расчета баланса масс и качество разделения материала по фракциям. Этот показатель характеризует полноту выделения нижнего класса крупности в подрешетный продукт и зависит от множества факторов, связанных как со свойствами перерабатываемого материала, так и с конструкцией и режимом работы грохота.
Факторы, влияющие на эффективность грохочения
Влажность материала оказывает существенное влияние на процесс грохочения. При влажности от 3 до 6 процентов материал склонен к налипанию на просеивающую поверхность, что резко снижает эффективность процесса. При влажности выше 20 процентов возможен переход к мокрому грохочению с орошением водой, что позволяет восстановить высокую эффективность разделения.
Форма и крупность кусков также влияют на эффективность грохочения. Пластинчатые куски хуже проходят через отверстия сит по сравнению с кусками изометрической формы. Чем больше соотношение между размером максимального куска в питании и размером отверстий сита, тем выше эффективность грохочения благодаря лучшему послойному распределению материала на просеивающей поверхности.
| Фактор | Влияние на эффективность | Рекомендации |
|---|---|---|
| Влажность 3-6% | Снижение до 40-50% | Применять сухое или мокрое грохочение |
| Содержание трудных зерен >30% | Снижение на 10-15% | Увеличить площадь грохота |
| Перегрузка грохота | Резкое снижение | Соблюдать номинальную нагрузку |
| Изношенная просеивающая поверхность | Снижение на 5-10% | Своевременная замена сит |
Методы повышения эффективности грохочения
Для повышения эффективности грохочения применяется комплекс технических и технологических решений. Использование современных вибрационных грохотов с оптимально подобранными параметрами колебаний позволяет достичь эффективности до 98 процентов. Важным фактором является правильный выбор типа просеивающей поверхности: для мелких классов эффективны сита с круглыми отверстиями, для крупных классов предпочтительны колосниковые решетки или сита с продолговатыми отверстиями.
Применение многодечных грохотов позволяет одновременно выделить несколько фракций и повысить общую эффективность разделения. При этом важно правильно распределить материал по ширине просеивающей поверхности и обеспечить равномерную нагрузку по длине грохота. Использование систем орошения при переработке влажных материалов или материалов, содержащих глинистые частицы, значительно улучшает процесс грохочения.
Практические рекомендации по оптимизации
Оптимизация работы дробильно-сортировочного комплекса на основе анализа баланса масс позволяет повысить производительность, улучшить качество продукции и снизить эксплуатационные расходы. Рассмотрим основные направления оптимизации и практические рекомендации по их реализации.
Оптимизация схемы дробления
При выборе оптимальной схемы дробления следует учитывать характеристики перерабатываемого материала и требования к конечному продукту. Для твердых абразивных материалов предпочтительна схема с максимальным числом стадий дробления, что позволяет снизить износ оборудования. Для менее прочных материалов возможно применение упрощенных схем с меньшим числом стадий.
Введение предварительного грохочения на каждой стадии дробления позволяет снизить циркулирующую нагрузку и избежать переизмельчения материала. Особенно эффективно предварительное грохочение при переработке материалов с высоким содержанием готовых фракций в исходном сырье, что характерно для многих строительных материалов.
Контроль и регулирование процесса
Регулярный контроль гранулометрического состава продуктов на всех стадиях переработки позволяет своевременно выявлять отклонения от расчетных параметров и корректировать режимы работы оборудования. Современные системы автоматического контроля и регулирования обеспечивают стабильность работы комплекса и максимальную эффективность переработки.
Важным элементом контроля является мониторинг производительности отдельных узлов схемы. Отклонения от расчетных значений могут указывать на проблемы с оборудованием, изменение свойств перерабатываемого материала или необходимость корректировки режимов работы. Ведение баланса масс в реальном времени позволяет оперативно реагировать на изменения условий работы и поддерживать оптимальные параметры процесса.
Техническое обслуживание оборудования
Состояние оборудования напрямую влияет на точность соблюдения расчетного баланса масс. Износ дробящих плит приводит к увеличению ширины разгрузочной щели и изменению гранулометрического состава продукта дробления. Засорение отверстий грохотов снижает эффективность грохочения и нарушает распределение материала по фракциям.
Регулярное техническое обслуживание включает контроль зазоров в дробилках, состояния просеивающих поверхностей грохотов, натяжения приводных ремней и других критически важных параметров. Своевременная замена изношенных деталей и регулировка оборудования позволяют поддерживать расчетные параметры работы комплекса и обеспечивать стабильное качество продукции.
Пример оптимизации схемы
На одном из предприятий по производству щебня было выявлено несоответствие фактических выходов фракций требуемым значениям. Анализ баланса масс показал избыточное содержание класса минус 5 мм и недостаточный выход фракции 20-40 мм. После корректировки ширины разгрузочной щели щековой дробилки с 40 до 45 мм и изменения размера отверстий одной из дек контрольного грохота с 20 на 25 мм удалось достичь требуемого соотношения фракций. Коэффициент циркуляции при этом снизился с 1,8 до 1,5, что привело к экономии электроэнергии около 12 процентов.
Часто задаваемые вопросы
Баланс масс представляет собой детальный расчет распределения материала по различным фракциям на каждой технологической стадии переработки в дробильно-сортировочном комплексе. Это математическое описание всех материальных потоков, включающее входящие, циркулирующие и исходящие потоки. Правильно составленный баланс масс позволяет определить необходимую производительность каждого узла оборудования, предсказать количество получаемых товарных фракций и оптимизировать технологическую схему для достижения требуемого качества продукции.
Для корректного расчета баланса масс требуется комплект исходных данных, включающий гранулометрический состав исходного материала с распределением по классам крупности в процентах, заданную производительность комплекса в тоннах в час, параметры эффективности грохочения для каждого грохота в схеме, технические характеристики дробилок, включая степень дробления и ширину разгрузочной щели, а также требования к конечному продукту в виде заданных фракций. Дополнительно учитываются физико-механические свойства перерабатываемого материала, такие как влажность, прочность и абразивность.
Эффективность грохочения определяется как отношение массы подрешетного продукта к массе материала мельче размера отверстий сита в исходном материале, выраженное в процентах. Этот показатель характеризует полноту разделения материала по крупности и зависит от типа грохота, свойств материала и режима работы. Эффективность грохочения критически важна для точности расчета баланса масс, так как определяет, какая часть мелкого класса перейдет в подрешетный продукт, а какая останется в надрешетном. Типичные значения эффективности составляют от 60 до 98 процентов в зависимости от типа оборудования и условий работы.
Циркулирующая нагрузка возникает в замкнутых схемах дробления, когда недоизмельченный материал с контрольного грохота возвращается обратно в дробилку. Коэффициент циркуляции рассчитывается как отношение суммарной нагрузки на дробилку к производительности по исходному питанию. Например, если на дробилку поступает 230 тонн в час исходного материала и 85 тонн в час возвратного материала, то коэффициент циркуляции составит 1,37. Оптимальное значение коэффициента циркуляции обычно находится в диапазоне от 1,2 до 2,0, что обеспечивает баланс между качеством продукта и нагрузкой на оборудование.
Выбор между открытой и замкнутой схемой дробления зависит от требований к конечному продукту и стадии дробления. Открытая схема проще и дешевле, но не гарантирует получение материала заданной крупности, поэтому применяется в основном на первой стадии крупного дробления. Замкнутая схема с контрольным грохочением обеспечивает получение продукта гарантированной крупности и более узкого гранулометрического состава, что критично для производства высококачественных строительных материалов. Замкнутую схему рекомендуется применять на второй и третьей стадиях дробления, где требуются более строгие требования к крупности продукта.
Корректировка схемы для получения требуемого соотношения фракций может осуществляться несколькими способами. Для увеличения выхода мелких фракций можно уменьшить размер разгрузочной щели дробилки или изменить размер отверстий контрольного грохота. Для увеличения выхода крупных фракций следует увеличить разгрузочную щель или ввести дополнительную стадию сортировки. После любых изменений необходимо пересчитать баланс масс для всей схемы, так как изменение параметров одного узла влияет на работу всей технологической цепочки. Важно также учитывать допустимые пределы регулировки оборудования и его технические возможности.
Влажность материала оказывает существенное влияние на эффективность грохочения. При влажности в диапазоне от 3 до 6 процентов материал становится липким и склонен к налипанию на просеивающую поверхность, что резко снижает эффективность грохочения до 40-50 процентов. При влажности выше 20 процентов процесс практически останавливается, однако дальнейшее увеличение влажности делает возможным переход к мокрому грохочению с орошением водой, при котором эффективность восстанавливается до нормальных значений. Для материалов с критической влажностью рекомендуется применять либо предварительную сушку, либо организовать мокрое грохочение с последующим обезвоживанием продуктов.
Предварительное грохочение выполняет важную функцию отделения мелкой фракции, не требующей дробления, от исходного материала до его поступления в дробилку. Это решает несколько задач одновременно: снижается нагрузка на дробилку, что позволяет увеличить производительность по крупному классу; предотвращается переизмельчение готовых фракций, что улучшает гранулометрический состав конечного продукта и снижает выход непродуктивной мелочи; уменьшается износ дробящих органов дробилки; снижается энергопотребление комплекса. Предварительное грохочение особенно эффективно при переработке материалов, в которых содержание готовых фракций в исходном сырье превышает 30 процентов.
Точность расчета баланса масс зависит от множества факторов. Ключевое значение имеет достоверность исходных данных о гранулометрическом составе питания, который должен определяться на основе представительных проб материала. Важна корректность принятых значений эффективности грохочения, которые могут существенно изменяться в зависимости от условий работы. На точность влияет также правильность определения характеристик дробления для конкретного типа дробилки и перерабатываемого материала. Дополнительные погрешности могут вноситься из-за нестабильности свойств исходного сырья, износа оборудования, изменения режимов работы. Регулярный контроль фактических показателей и сравнение их с расчетными позволяет корректировать баланс масс и повышать точность прогнозирования.
Контроль соблюдения баланса масс на действующем предприятии осуществляется путем регулярного отбора проб продуктов на различных стадиях переработки и определения их гранулометрического состава. Рекомендуется проводить контрольные замеры не реже одного раза в смену для критических точек схемы и еженедельно для всех узлов комплекса. Современные системы автоматизации позволяют организовать непрерывный мониторинг производительности отдельных узлов с помощью весовых дозаторов и конвейерных весов. Сравнение фактических данных с расчетными позволяет своевременно выявлять отклонения, которые могут быть вызваны изменением свойств сырья, износом оборудования или нарушением режимов работы, и принимать корректирующие меры для поддержания оптимальных параметров процесса.
