Содержание статьи
- Основы стадийности дробления
- Методика расчета производительности для двухстадийных схем
- Методика расчета для трехстадийных схем дробления
- Типовые коэффициенты при расчете производительности
- Учет коэффициентов неравномерности и простоев
- Расчет баланса масс между стадиями дробления
- Практический пример расчета для известнякового карьера
- Часто задаваемые вопросы
Основы стадийности дробления
Дробление горных пород в современных дробильно-сортировочных комплексах осуществляется поэтапно, в несколько последовательных стадий. Это обусловлено тем, что получить необходимую степень измельчения за один проход технически невозможно и экономически нецелесообразно. Общая степень дробления на обогатительных фабриках обычно достигает значений от 100 и выше, тогда как в одну стадию дробилки обеспечивают степень дробления лишь от 3 до 8.
Стадийность дробления определяется начальной крупностью исходного материала и требуемым размером конечного продукта. При открытом способе добычи в карьерах максимальный размер кусков может достигать 1500 миллиметров, при подземной разработке - до 300-400 миллиметров. Для последующего обогащения или использования в строительстве материал необходимо измельчить до фракций размером от 5 до 70 миллиметров.
| Стадия дробления | Крупность исходного материала, мм | Крупность продукта, мм | Степень дробления | Тип дробилок |
|---|---|---|---|---|
| Первая стадия (крупное дробление) | 1500-300 | 350-100 | 3-6 | Щековые, конусные крупного дробления |
| Вторая стадия (среднее дробление) | 350-100 | 100-40 | 4-8 | Конусные среднего дробления |
| Третья стадия (мелкое дробление) | 100-40 | 30-5 | 6-12 | Конусные мелкого дробления, роторные, центробежные |
Выбор количества стадий дробления зависит от требуемой общей степени измельчения материала. Для производства щебня стандартных фракций применяются преимущественно двух- или трехстадийные схемы дробления, реже встречаются четырехстадийные схемы при переработке руд с высоким содержанием плоских кусков.
Методика расчета производительности для двухстадийных схем
Двухстадийная схема дробления применяется при относительно небольшой требуемой степени измельчения или при переработке материалов средней крупности. Расчет производительности начинается с определения требуемой часовой производительности по готовой продукции, которая затем пересчитывается на производительность по исходному материалу с учетом потерь и выхода фракций.
Последовательность расчета двухстадийной схемы:
Этап 1. Определение расчетной производительности цеха дробления в тоннах в час на основании годового плана производства с учетом режима работы предприятия.
Этап 2. Установление размеров максимальных кусков по стадиям дробления исходя из крупности исходного материала и требований к конечному продукту.
Этап 3. Выбор типа и размера дробилок для каждой стадии на основе максимального размера кусков и требуемой производительности.
Этап 4. Назначение размеров разгрузочных щелей дробилок и отверстий грохотов с учетом требуемой крупности продукта.
Этап 5. Расчет фактической производительности выбранного оборудования с применением поправочных коэффициентов на физические свойства материала.
При расчете двухстадийной схемы важно правильно распределить степени дробления между стадиями. Оптимальное соотношение достигается при примерно равных степенях дробления в каждой стадии. Для двухстадийной схемы с общей степенью дробления 25 рекомендуется принимать степени дробления 5 в первой стадии и 5 во второй стадии.
Методика расчета для трехстадийных схем дробления
Трехстадийная схема является наиболее распространенной при производстве щебня различных фракций из природного камня. Она обеспечивает получение качественного кубовидного щебня с минимальным содержанием лещадных зерен и позволяет эффективно контролировать гранулометрический состав продукции на каждом этапе переработки.
Расчет трехстадийной схемы дробления начинается с определения общей степени измельчения, которая представляет собой произведение частных степеней дробления на каждой стадии. При расчете необходимо учитывать особенности работы грохотов, циркулирующие нагрузки в замкнутых циклах и эффективность грохочения на каждой стадии.
Пример распределения степеней дробления в трехстадийной схеме:
Для получения щебня фракции 5-20 миллиметров из известняка с максимальным размером исходных кусков 1200 миллиметров общая степень дробления составит:
iобщ = Dmax / dmax = 1200 / 20 = 60
При оптимальном распределении по стадиям:
Первая стадия: i1 = 4 (1200 мм до 300 мм)
Вторая стадия: i2 = 5 (300 мм до 60 мм)
Третья стадия: i3 = 3 (60 мм до 20 мм)
Проверка: iобщ = 4 × 5 × 3 = 60
Важной особенностью трехстадийной схемы является применение операций грохочения между стадиями дробления. Предварительное грохочение перед второй и третьей стадиями позволяет отделить уже готовые фракции и снизить нагрузку на дробильное оборудование. Контрольное грохочение после третьей стадии обеспечивает возврат крупных кусков на додрабливание в замкнутом цикле.
Типовые коэффициенты при расчете производительности
Для расчета производительности дробильно-сортировочного комплекса применяется система поправочных коэффициентов, учитывающих реальные условия эксплуатации оборудования. Приведенные ниже значения коэффициентов являются типовыми и основаны на обобщенном опыте работы обогатительных фабрик и научных исследований в области переработки минерального сырья. Конкретные значения коэффициентов могут отличаться в зависимости от условий конкретного производства и должны уточняться при детальном проектировании.
| Наименование коэффициента | Обозначение | Типовые значения | Область применения |
|---|---|---|---|
| Коэффициент неравномерности загрузки | Kн | 1,1 - 1,3 | Учитывает неравномерность подачи материала в дробилку |
| Коэффициент использования рабочего времени | Kивр | 0,70 - 0,85 | Учитывает плановые остановки, ТО, пересменки |
| Коэффициент крепости породы | Kп | 0,8 - 1,2 | Корректировка на прочность материала относительно эталона |
| Коэффициент влажности материала | Kвл | 0,85 - 1,0 | Снижение производительности при влажности выше 5 процентов |
| Коэффициент насыпной плотности | Kρ | ρфакт / ρэт | Пересчет на фактическую плотность, эталон 1,6 т/м³ |
| Коэффициент замкнутого цикла | Kц | 1,3 - 1,4 | Учет циркулирующей нагрузки в замкнутых схемах |
| Эффективность грохочения | E | 60 - 85 процентов | Зависит от типа грохота и крупности материала |
Коэффициент неравномерности загрузки зависит от расположения дробильно-сортировочного завода относительно карьера, климатических условий региона и принятого вида транспорта. При автомобильной доставке материала коэффициент принимается в верхних пределах диапазона, при конвейерной транспортировке - в нижних пределах.
Формула расчета скорректированной производительности:
Qфакт = Qном × Kп × Kρ × Kвл / Kн
где Qном - номинальная производительность дробилки по паспорту для эталонных условий;
Kп, Kρ, Kвл - поправочные коэффициенты на физические свойства материала;
Kн - коэффициент неравномерности загрузки.
Учет коэффициентов неравномерности и простоев
Коэффициент использования рабочего времени является одним из важнейших параметров при расчете реальной производительности дробильно-сортировочного комплекса. Он учитывает все виды простоев оборудования, как плановые, так и внеплановые, которые неизбежно возникают в процессе эксплуатации.
Плановые остановки включают техническое обслуживание дробилок, замену изношенных футеровок, регулировку выходных щелей, смазку узлов, пересменки персонала и технологические перерывы. Внеплановые остановки связаны с устранением неисправностей, очисткой забитых узлов при попадании посторонних предметов, перебоях в электроснабжении.
| Тип простоя | Процент от рабочего времени | Характеристика |
|---|---|---|
| Плановое техническое обслуживание | 5 - 8 процентов | Ежедневный осмотр, смазка, регулировка |
| Замена футеровок и изношенных деталей | 3 - 5 процентов | Плановая замена дробящих плит, броней |
| Пересменки и технологические перерывы | 2 - 3 процента | Передача смены, кратковременные остановки |
| Внеплановые ремонты | 2 - 4 процента | Устранение неисправностей, очистка |
| Итого суммарные простои | 12 - 20 процентов | Соответствует Kивр = 0,80 - 0,88 |
Влажность перерабатываемого материала оказывает существенное влияние на производительность дробильного оборудования. При влажности до 5 процентов коэффициент Kвл принимается равным единице. При увеличении влажности до 10-15 процентов производительность щековых дробилок снижается на 10-15 процентов из-за залипания щек и снижения скорости выгрузки материала.
Расчет баланса масс между стадиями дробления
Расчет баланса масс является важнейшим этапом проектирования дробильно-сортировочного комплекса, позволяющим определить количество материала, проходящего через каждую стадию обработки, и правильно подобрать оборудование с необходимой производительностью.
Баланс масс строится на основе характеристик крупности дробленого продукта на каждой стадии и эффективности операций грохочения. Для определения гранулометрического состава продуктов дробления используются типовые характеристики, построенные по результатам испытаний различных типов дробилок на разных материалах.
Основные уравнения материального баланса:
1. Для предварительного грохочения:
Q2 = Q1 × β × E
Q3 = Q1 - Q2
где Q1 - исходный материал; Q2 - подрешетный продукт; Q3 - надрешетный продукт; β - содержание нижнего класса в исходном материале; E - эффективность грохочения.
2. Для замкнутого цикла с контрольным грохочением:
S = Q × (a - b) / (c - a)
где S - циркулирующая нагрузка; Q - питание дробилки; a, b, c - содержание контрольного класса соответственно в питании грохота, подрешетном и надрешетном продуктах.
При расчете баланса масс необходимо учитывать выход отсева на каждой стадии дробления. Отсев представляет собой мелкую фракцию, образующуюся в результате переизмельчения части материала. В щековых дробилках выход отсева составляет 5-10 процентов, в конусных дробилках среднего дробления - 10-15 процентов, в дробилках мелкого дробления - 15-25 процентов.
Пример расчета баланса масс для двухстадийной схемы:
Исходные данные: производительность по готовой продукции 200 тонн в час, содержание класса минус 60 мм в продукте после первой стадии - 25 процентов, эффективность грохочения - 80 процентов.
Расчет:
1. Количество материала, отсеянного после первой стадии: Qотс = 200 × 0,25 × 0,80 = 40 т/ч
2. Количество материала, поступающего во вторую стадию: Q2ст = 200 - 40 = 160 т/ч
3. С учетом коэффициента замкнутого цикла 1,35: Qдр2 = 160 × 1,35 = 216 т/ч
4. Циркулирующая нагрузка: S = 216 - 160 = 56 т/ч
Практический пример расчета для известнякового карьера
Рассмотрим методику расчета дробильно-сортировочного комплекса для производства щебня фракции 5-20 миллиметров из известняка производительностью 300 тонн в час. Исходный материал имеет максимальную крупность 800 миллиметров, прочность при сжатии 120 МПа, насыпную плотность 1,55 тонны на кубический метр, влажность 4 процента.
Этап 1. Определение числа стадий дробления
Общая степень дробления: i = 800 / 20 = 40
Принимаем трехстадийную схему дробления с распределением степеней: i1 = 3,2; i2 = 5; i3 = 2,5
Проверка: 3,2 × 5 × 2,5 = 40
Этап 2. Определение крупности по стадиям
После первой стадии: 800 / 3,2 = 250 мм
После второй стадии: 250 / 5 = 50 мм
После третьей стадии: 50 / 2,5 = 20 мм
Для первой стадии дробления выбирается щековая дробилка типа ЩДП с шириной приемного отверстия не менее 1000 миллиметров. Согласно техническим характеристикам щековых дробилок данного класса, производительность при разгрузочной щели около 200 миллиметров находится в диапазоне от 250 до 500 тонн в час в зависимости от типоразмера и физических свойств материала. Для расчета принимаем производительность с применением поправочных коэффициентов.
| Стадия | Тип оборудования | Размер щели, мм | Ориентировочная производительность, т/ч | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Первая | Щековая дробилка (ЩДП) | 200 | 350-400 | После применения поправочных коэффициентов |
| Вторая | Конусная дробилка среднего дробления (КСД) | 40 | 200-280 | Требуется 2 единицы оборудования |
| Третья | Конусная дробилка мелкого дробления (КМД) | 16 | 150-200 | Требуется 2 единицы оборудования |
Расчет требуемой производительности по стадиям:
Первая стадия:
Требуемая производительность с учетом коэффициента неравномерности: Qтр1 = 300 × 1,2 = 360 т/ч
При выборе оборудования необходимо обеспечить коэффициент загрузки в диапазоне 0,75-0,85 для стабильной работы
Вторая стадия:
После предварительного отсева мелких фракций (ориентировочно 15-25 процентов): Qтр2 = 240-270 т/ч
С учетом циркулирующей нагрузки в замкнутом цикле (коэффициент 1,3-1,4): Qтр2 = 310-380 т/ч
При использовании двух дробилок обеспечивается требуемая производительность и оптимальная загрузка
Третья стадия:
После дополнительного отсева готовых фракций: Qтр3 = 200-230 т/ч
С учетом циркулирующей нагрузки в замкнутом цикле (коэффициент 1,35-1,45): Qтр3 = 270-330 т/ч
Применение двух дробилок обеспечивает необходимую производительность с оптимальной загрузкой оборудования
Коэффициенты загрузки дробилок при правильном подборе оборудования должны находиться в оптимальном диапазоне 0,75-0,85, что обеспечивает стабильную работу с резервом на пиковые нагрузки и компенсацию изменений свойств перерабатываемого материала. Окончательный выбор конкретных моделей дробилок производится на основании технических характеристик производителя оборудования.
Часто задаваемые вопросы
Количество стадий дробления определяется общей требуемой степенью измельчения, которая рассчитывается как отношение максимального размера исходных кусков к требуемой крупности конечного продукта. При общей степени дробления до 10-15 достаточно двух стадий, при степени 20-60 применяется трехстадийная схема, при степени свыше 60 может потребоваться четыре стадии. Также учитываются экономические факторы - увеличение числа стадий повышает капитальные затраты, но может снизить эксплуатационные расходы за счет более эффективного использования каждой дробилки.
Наибольшее влияние оказывают коэффициент использования рабочего времени и коэффициент неравномерности загрузки. Коэффициент использования рабочего времени учитывает все виды простоев и обычно составляет 0,75-0,85, что означает снижение эффективной производительности на 15-25 процентов от номинальной. Коэффициент неравномерности загрузки требует увеличения расчетной производительности на 10-30 процентов. Совместное действие этих коэффициентов может изменить требуемую производительность оборудования в полтора раза по сравнению с расчетом без их учета.
Расчет баланса масс в замкнутом цикле основывается на уравнении материального баланса по контрольному классу крупности. Циркулирующая нагрузка определяется через содержание контрольного класса в питании грохота, подрешетном и надрешетном продуктах. Важно учитывать эффективность грохочения - для вибрационных грохотов она составляет 80-85 процентов. Коэффициент замкнутого цикла обычно находится в пределах 1,3-1,4, что означает увеличение нагрузки на дробилку на 30-40 процентов по сравнению с открытой схемой. При расчете необходимо проверять сходимость баланса - сумма масс всех выходящих продуктов должна равняться массе входящего материала.
Повышенная влажность материала приводит к нескольким негативным эффектам. Во-первых, влажные куски породы становятся более вязкими и хуже раскалываются при дроблении, требуя больших усилий. Во-вторых, мелкие частицы налипают на дробящие поверхности и стенки камеры дробления, уменьшая эффективный объем рабочего пространства. В-третьих, при влажности свыше 10-15 процентов происходит замазывание разгрузочной щели и отверстий грохотов, что резко снижает скорость выгрузки материала. Для известняка и других впитывающих пород влажность особенно критична, снижение производительности может достигать 20-30 процентов.
Оптимальный коэффициент загрузки дробилок находится в диапазоне 0,75-0,85. При коэффициенте ниже 0,7 снижается экономическая эффективность использования оборудования - дробилка работает с недогрузкой, и удельные затраты на тонну продукции возрастают. При коэффициенте выше 0,9 увеличивается риск перегрузки при пиковых нагрузках или ухудшении свойств материала, что может привести к внеплановым остановкам. Коэффициент 0,80 считается наиболее сбалансированным - он обеспечивает высокую загрузку при достаточном резерве мощности для компенсации изменений в условиях работы.
Наиболее распространенные ошибки включают: использование номинальной производительности оборудования без применения поправочных коэффициентов на реальные свойства материала; неучет коэффициента использования рабочего времени, что приводит к завышению расчетной производительности на 15-30 процентов; неправильный выбор эффективности грохочения - для колосниковых грохотов она составляет 60-70 процентов, а не 80-85 как для вибрационных; игнорирование циркулирующих нагрузок в замкнутых циклах; несогласованность производительности отдельных стадий, приводящая к образованию узких мест в технологической цепочке. Также часто недооценивается влияние влажности материала на работу оборудования.
При проектировании дробильно-сортировочного комплекса необходимо учитывать возможную изменчивость свойств горной породы по мере отработки карьера. Рекомендуется проводить геологическое изучение месторождения на всю глубину разработки и определять диапазон изменения прочности, абразивности и других характеристик. При расчете производительности следует использовать усредненные значения свойств с учетом их вариации. Коэффициент загрузки оборудования выбирается с запасом 15-20 процентов для компенсации ухудшения условий дробления. Также предусматривается возможность регулировки режимов работы - изменения ширины разгрузочных щелей, скорости подачи материала, установки дополнительных грохотов.
Четырехстадийная схема дробления применяется в специфических случаях: при переработке руд с очень высокой общей степенью дробления (свыше 100); при наличии в исходном материале значительного количества плоских и удлиненных кусков, требующих дополнительной стадии для улучшения формы зерен; при производстве особо мелких фракций щебня (менее 5 миллиметров) с жесткими требованиями к лещадности; при переработке особо прочных пород, где в каждой стадии достигается низкая степень дробления. Однако четырехстадийные схемы значительно увеличивают капитальные и эксплуатационные затраты, поэтому их применение должно быть технико-экономически обосновано.
